[문화뉴스 MHN 문정환 기자] 꿈의 신소재로 불리는 그래핀의 표면 결함을 수 초 내에 검사할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 손형빈 중앙대 융합공학과 교수 연구팀이 전사된 대면적 그래핀의 결함 및 잔류물을 수 초 내로 평가할 수 있는 광학기법을 개발했다고 지난 27일 밝혔다.

촉매 기판에서 부도체 기판으로 그래핀을 전사하는 공정은 트랜지스터, 광센서, 바이오센서 등의 전자소자 제작에 필수적인 공법이다.

전사 후 기존의 결함 측정법인 고가 공초점 라만분광법 또는 원자현미경을 이용한 결함 측정은 10분에서 수 시간이 소요된다.

따라서 그래핀 소자의 대량생산에는 대면적의 그래핀을 빠르게 검사하는 방법이 필요하다.

원자 하나 두께인 얇은 그래핀을 고분자 박막으로 코팅·지지해 다른 기판에 옮긴 뒤 코팅을 다시 제거하는 과정을 거친다. 이 과정에서 그래핀이 찢어지거나 주름이 생길 수 있으며 고분자 박막이 제거되지 않고 불순물로 남을 수 있다. 이러한 결함과 불순물은 그래핀 전자소자의 성능 저하 또는 불량으로 이어진다.

연구팀은 기존 장비 대비 구조가 단순한 위상천이 간섭계를 이용해 고해상도 카메라로 1mm² 대면적 영역의 그래핀 표면을 4초 이내에 검사하는 데 성공했다.

쌀알 면적의 그래핀 영역에 대해 사진 4~7장을 연속으로 얻고, 표면에서 반사된 빛의 위상을 계산했다. 이를 통해 표면 높이 정보를 습득하여 표면의 결함과 불순물 유무를 도출했다.

연구진은 이 기술로 공초점 라만분광기와 같은 측정법 대비 약 1,000배 이상의 속도 향상을 이뤘다고 밝혔다. 

기존 수백 ㎛2 크기에서 가능했던 검사를 mm² 단위의 대면적으로 확대할 수 있는 발판을 제공한 것으로 그래핀 외에도 원자층 두께의 다양한 이차원 소재로 확장할 수 있을 것으로 예상된다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업 등의 지원으로 수행되었다. 연구성과는 지난 24일 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈’ 인사이드 백 커버 논문으로 게재됐다.

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국내 연구팀, 그래핀 표면 결함 검사 기술 개발
중앙대 융합공학과 손형빈 교수팀, 기존 기술 대비 1000배 속도로 그래핀 결함 검사
그래핀 외 다양한 소재에 기술 적용 기대