[충청뉴스 이성현 기자] 충남대학교는 기계공학과 정원석 교수 연구팀이 기존 포토리소그래피의 한계를 극복하고, 단일층 그래핀을 잔류물 없이 초고해상도로 패터닝할 수 있는 새로운 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
이번 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘Microsystems&Nanoengineering’에 지난 4일 게재됐다. 이번 연구는 정원석 교수가 교신저자로, 성호 박사과정생이 제1저자로 참여했다.
정원석 교수팀이 개발한 ‘OFP-G(One-step Free-Patterning of Graphene)’ 기술은 그래핀의 C=C 결합을 선택적으로 C–O 결합으로 변환함으로써 그래핀의 전도성과 구조를 손상시키지 않으면서 미세 패턴을 직접 형성할 수 있다. 이 과정은 포토레지스트나 식각 공정이 필요 없어, 기존 공정에서 발생하던 오염과 박리 문제를 완전히 제거한다.
실험 결과 이 기술로 제작한 그래핀 패턴은 폭 5μm의 미세 전극 구조에서도 11.5 ± 2.8Ω의 낮은 저항을 유지하며 일반적인 리소그래피 공정 대비 10배 이상 향상된 전기적 특성을 보였다.
또 분자동역학 시뮬레이션을 통해 C–O 결합 변환이 계면 응력을 완화시켜 그래핀의 안정성을 높이는 핵심 원리임이 규명됐다.
정원석 교수는 “이번 기술은 그래핀을 비롯한 2차원 소재의 정밀 패터닝과 전자소자 집적화에 새로운 돌파구를 제시한 것”이라며 “특히 고해상도, 잔류물 없는 그래핀 패턴을 대면적으로 구현할 수 있어 차세대 플렉서블 전자소자, 투명 전극, 마이크로전자기계시스템(MEMS) 분야에 폭넓게 응용될 수 있다”고 했다.
