/사진= KIST

차세대 전자 소자의 핵심소재를 단결정으로 합성하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
과학기술정보통신부는 김수민 한국과학기술연구원(KIST) 박사와 이영희 기초과학연구원 나노구조물리연구단 연구단장, 김기강 동국대학교 교수는 공동연구를 통해 질소와 붕소로 구성된 2차원 물질인 질화붕소를 단결정으로 합성하는 기술을 개발, 국제학술지 <사이언스> 16일자에 게재됐다고 밝혔다.

2차원 물질은 전기적인 특성과 유연성, 투명성이 우수해 차세대 전자소자의 핵심소재로 꼽힌다. 또 기체를 투과시키지 않아 소자의 보호 장벽으로 활용 가능성이 높다. 그 중 질화붕소는 유일하게 절연특성을 지니고 있어 투명한 유연 전자소자의 절연층으로 각광받는 물질이다.


하지만 질화붕소는 특성을 유지하기 위해 단결정 형태로 합성해야 한다. 기존 합성법으로 개발된 대면적질화붕소는 다결정 형태로 합성돼 질소와 붕소의 원자결합이 불완전하고 절연 특성이 떨어진다.

단결정 형태는 결정 전체가 규칙적으로 일정한 축을 따라 모인 상태를 말하며 다결정 형태는 여러 결정이 불규칙적으로 모여있는 상태를 말한다. 다결정은 단결정에 비해 결합이 불완전하며 소재의 특성이 떨어진다는 단점이 있다.

연구팀은 액상 금 표면 위에서 질화붕소의 결정립이 동일한 방향으로 형성되는 자가줄맞춤 현상을 이용해 단결정질화붕소 박막을 합성했다. 이 방법은 박막의 크기에 구애받지 않고 원하는 크기의 단결정 형태를 합성할 수 있다.


학계는 이렇게 형성된 기판을 활용한다면 차세대 투명유연 전자소자 및 가스 배리어, 센서, 필터 등의 개발에 혁신을 불러올 것으로 기대한다.

김수민 박사는 “이 연구는 그래핀을 활용해 두가지 원소로 구성된 단결정 2차원 물질을 합성하는 새로운 방법으로 다양한 2차원 이종 적층구조 개발의 새로운 장을 열었다”고 말했다.