국소 레이저 조사로 탄소성분 석출 … 플렉시블 기판에도 적용 가능
화학뉴스 2015.06.12
한국과학기술연구원(KIST) 광전소재연구단 송용원 박사팀은 통신용 레이저를 이용해 원하는 위치에 그래핀(Graphene)을 직접 합성함으로써 광학적 비선형 소자를 구현하는데 성공했다고 6월11일 발표했다.
흑연을 박리하면 손쉽게 제작할 수 있는 그래핀의 품질과 형상을 제어하기 위해 합성 그래핀 개발이 활발하게 이루어지고 있으나 기판위로 옮기는 전사공정에서 품질이 떨어지는 등의 문제가 있었다. 이에 따라 연구팀은 니켈층을 가열하면 탄소가 니켈층 밖으로 석출되면서 그래핀이 형성되는 현상에 대해 연구해온 것으로 알려졌다. 연구는 통신용 레이저를 사용해 광섬유 끝부분을 국부적으로 가열함으로써 광섬유와 니켈층 사이의 탄소성분을 석출해 그래핀을 제작하는 과정으로 이루어졌다. 해당 그래핀 합성법은 전사과정 없이 고품질의 그래핀 기반 소자를 제작할 수 있으며 진공환경 및 고온, 추가 레이저 등의 외부 에너지원을 필요로 하지 않는다. 또 그래핀 구성성분인 탄소원자를 외부에서 공급받는 대신 금속에 포함된 불순물을 이용하고, 최종 합성할 그래핀의 미세모양과 위치도 제어할 수 있다. 새로운 그래핀의 형성과정은 가열영역 이외의 부분이 상온을 유지해 플렉시블 기판에도 적용할 수 있을 것으로 예상된다. 통신용 레이저는 기존 광학소자에 사용하던 레이저를 출력을 높여 합성용으로 사용한 후 다시 통신용으로 전환할 수 있기 때문에 장비 및 공정을 추가할 필요가 없어 코스트절감 면에서도 효과적이다. 연구팀은 “높은 광학적 비선형성을 갖는 그래핀을 광학소자 안에서 직접 합성한 것은 처음”이라며 “앞으로 초고속·초대용량 데이터 및 전송·저장·처리에서 실리콘기술의 한계를 극복하기 위한 집적화 포토닉스기술을 구현하는데 큰 도움이 될 것”이라고 주장했다. <화학저널 2015/06/12> |
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