국내 연구진이 차세대 전자소자 물질로 주목받고 있는 그래핀을 물을 사용하지 않고도 원하는 곳에 전사시키고 이를 응용해 아주 습한 환경에 노출되더라도 성능을 오랫동안 유지할 수 있도록 하는 ‘유연 그래핀 트랜지스터’ 제작기술을 개발하였다.

그래핀은 이차원 구조에서 나타나는 다양한 전기적·기계적·열적 특징을 가지고 있어 미래의 차세대 전자소자 재료로 많은 관심을 받으며 전 세계적으로 매우 많은 연구개발이 이루어지고 있는 물질이다.

그래핀을 이용하여 실용적인 전자소자를 만들기 위해서는 수 센티미터(cm) 크기의 고품질 그래핀을 화학기상증착법을 이용하여 합성하고 이것을 원하는 기판위에 전사시키는 기술이 필요하다.

구리 위에 성장된 그래핀을 원하는 기판으로 전사할 때, 기존의 그래핀 전사 방법으로는 물에 민감한 기판 위에 그래핀을 전사할 수 없어 그래핀을 이용한 다양한 전자소자를 개발하기에는 한계가 있었다.

본 연구팀은 단층 극성 고분자 지지층을 두 겹의 중성 고분자로 구성하여 그래핀을 코팅한 후, 코팅된 그래핀을 물 위에서 띄우고 임시 기판에 전사시킨 후에 물을 완전히 말린 다음에 최종 기판에 다시 전사하는 방법으로 유연한 플라스틱 기판 위에 고성능 그래핀 트랜지스터를 제작하였다.

이를 통해 기존의 그래핀 전사방식에서 큰 문제였던 물의 영향을 없앴을 뿐 아니라, 극성을 갖는 고분자에 의한 그래핀의 성능 감소를 해결하였다.

더 나아가서 지지층에 사용된 고분자 이중층을 제거하지 않고 보호막으로 이용함으로써 그래핀 트랜지스터가 약 80%의 높은 상대습도에 노출되었을 때에도 고성능이 잘 유지되는 높은 안정성을 가질 수 있도록 하는데 성공하였다.

연구팀은 “이번 연구는 그래핀 전자소자 제작의 새로운 방법으로써 그래핀을 이용한 전자소자의 응용에서 가장 기본적인 그래핀 트랜지스터의 안전성과 기계적인 특성을 향상시키는 방법을 제시하였으며, 이를 바탕으로 그래핀 전자소자뿐만 아니라 고성능 유연 전자소자 상용화에 기여할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업 “나노기반소프트일렉트로닉스연구단”의 조길원 단장(포스텍 화학공학과)과 김현호 연구원, 정윤영 박사가 진행하였으며, 연구결과는 재료과학분야의 세계적 학술지인 Advanced Materials 최신호(5월 28일) 표지논문(Inside Cover of the Issues)으로 게재되었다.