과학기술정보통신부가 질소와 붕소로 구성된 2차원 물질인 질화붕소를 단결정으로 하는 합성기술이 개발됐다고 밝혔습니다.
김수민 한국과학기술연구원 박사와 이영희 나노구조물리연구단 단장, 김기강 동국대학교 교수 등이 진행한 공동연구의 성과인데요. 이번 연구 결과는 세계 최고 수준의 국제학술지인 <사이언스>에 16일자로 게재됐습니다.
2차원 물질들은 △전기적 특성 △유연성 △투명성 등이 우수해 차세대 전자소자의 핵심 소재로 꼽힙니다. 또 기체를 투과시키지 않아 소자의 보호장벽으로 활용 가능성이 높다고 알려졌는데요.
이 가운데서도 질화붕소는 2차원 물질 중에서 유일하게 절연특성이 있습니다. 투명한 유연 전자소자의 절연층으로서 주목받고 있었는데요. 하지만 질화붕소의 특성을 유지하기 위해, 결정 전체가 규칙적으로 일정한 결정축을 따라 모여있는 '단결정' 형태로 합성해야 하는 난제가 남아 있었죠.
기존 합성법으로 개발된 질화붕소는 여러 결정이 불규칙적으로 모인 '다결정' 형태로 합성돼, 질소와 붕소의 원자 결합이 불완전하고 절연 특성이 떨어지는 문제가 발생했습니다. 이런 문제를 공동연구팀이 해결하게 된 건데요.
연구팀은 액상 금 표면 위에서 질화붕소의 결정립이 동일한 방향으로 형성되는 '자가 줄맞춤' 현상을 이용해 단결정 질화붕소 박막을 합성했습니다. 이 방법을 이용해 박막의 크기에 구애받지 않고 원하는 크기의 단결정 형태를 형성할 수 있었고요.
또 제작된 단결정 질화붕소 박막을 기판으로 활용해 △반금속성 소재인 그래핀 △반도체성 소재인 이황화몰리브텐 △이황화텅스텐 등 다른 2차원 소재들도 단결정으로 합성하는 데 성공했습니다. 나아가 그래핀과 질화붕소가 층을 이루는 이종 적층구조를 직접 합성해내기도 했어요.
김수민 박사는 "이번 연구는 그래핀을 포함해 두 가지 원소로 구성된 단결정 2차원 물질을 합성하는 새로운 방법을 제안함으로써 다양한 2차원 이종 적층구조 개발의 새로운 장을 열었다"고 설명했습니다.
