차세대 반도체 물질 ‘흑린’의 새로운 움직임 찾았다

↑ 한국표준과학연구원 양자측정센터 배명호 박사

국내 연구팀이 그래핀의 한계를 뛰어넘을 차세대 반도체 물질로 주목받는 ‘흑린’의 독특한 물리적 특성을 규명했다.
‘검은 인’으로도 불리는 흑린은 상온에서 다른 2차원 소재보다 10배 이상 빠른 전하 이동도를 보인다. 특정 방향으로 전기 전도도는 높지만 열전도도가 낮은 성질로 효율이 높은 열전 소재 후보로 연구가 이뤄지고 있다.
열전 현상은 온도가 다른 두 금속선을 접속하면 전기가 흐르는 것을 말한다. 열전 현상을 이용하면 버려지는 열로 전기를 만들 수 있는 등 친환경 대체 에너지 기술로 활용할 수 있다. 흑린은 열전 소재로 사용할 수 있어 많은 주목을 받고 있고 연구도 활발히 진행되고 있다.
한국표준과학연구원 양자측정센터 배명호 박사 연구팀은 3차원 구조 흑린 속 전하들이 열전 현상에 있어 평면방향(2차원)으로 움직인다는 것을 입증했다. 이를 통해 흑린 소재의 열전 현상을 기판과의 상호 작용을 통해 제어할 수 있다는 점을 규명했다. 연구성과는 나노 레터스 온라인판에 지난달 25일 게재됐다.
연구팀은 흑린 속 전하가 2차원 형태로 흐른다는 최근 연구결과에 착안해 열전 현상에서도 동일한 움직임을 보일 것이란 가설을 세우고 흑린 전하의 움직임을 연구했다.
흑린 내부의 전하들을 기판과 가장 가까운 몇 개 원자층에 가두면 위아래로 움직이지 못하고 평면 방향(2차원)으로만 이동하게 된다. 이 과정에서 기판인 산화실리콘 표면에 존재하는 불순물에 의해 불규칙적인 전기장이 만들어지는데 흑린의 전하 흐름에 방해를 줘 열전 현상에 영향을 미친다.
연구팀은 이를 측정해 전하의 평면이동을 관찰하고 기판 속 불순물을 조절한다면 흑린의 열전 현상을 같이 제어할 수 있다는 점을 확인했다.
배 박사는 “이번에 밝혀낸 흑린의 특성을 통해 산화실리콘 기판의 불순물을 조절하거나 불순물이 거의 없는 질화붕소 등 다른 종류의 절연체를 활용해 열전 현상을 제어하는 방법을 제안한 것에 의의가 있다”고 설명했다.
[이영욱 기자]