국내 연구진, 그래핀 고속 품질검사 방법 개발
국내 연구진, 그래핀 고속 품질검사 방법 개발
  • 전성운
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  • 승인 2020.09.27 12:00
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그래핀 고속 품질검사 방법

[헬스코리아뉴스 / 전성운] 국내 연구진이 그래핀(Graphene)의 고속 품질검사 방법을 개발했다.

중앙대학교 융합공학과 손형빈 교수 연구팀은 27일 전사된 대면적 그래핀의 결함 및 잔류물들을 고속으로 평가할 수 있는 광학기법을 개발했다고 밝혔다.

그래핀은 탄소원자 한 층으로 된 얇은 막으로 전기전도성, 열전도성, 투명성 등이 우수하다. 그래핀을 촉매(구리) 기판에서 부도체 기판으로 전사하는 공정은 트랜지스터, 광센서, 바이오센서 같은 전자소자 제작에 필수적이다.

원자 하나 두께인 아주 얇은 그래핀을 고분자 박막으로 코팅, 지지하여 다른 기판에 옮긴 후 코팅을 다시 제거하는데 이 과정에서 그래핀이 찢어지거나 주름이 생길 수 있고 고분자 박막이 완전히 제거되지 않고 불순물로 남을 수도 있다.

이러한 결함이나 불순물은 그래핀 전자소자의 성능저하 또는 불량으로 이어진다.

따라서, 전사 후에는 고가의 공초점 라만분광법이나 원자현미경을 이용해 표면의 결함을 측정하는데, 이 과정에 십 분 이상 또는 수 시간이 걸린다. 대량생산을 위해선 대면적의(8~12인치 웨이퍼) 그래핀을 보다 빠르게 검사하는 방법이 필요했다.

연구팀은 기존 장비보다 구조가 단순한 '위상천이 간섭계(Phase-Shifting Interferometry)'를 이용해 500만 화소의 고해상도 카메라로 대면적 영역의 그래핀 표면을 4초 이내에 검사하는 데 성공했다.

위상천이 간섭계는 빛의 간섭 원리를 이용해 측정 표면과 기준면 사이의 거리를 정밀하게 변화시키면서 시료의 표면에 대한 고해상도 이미지를 얻는다. 이미지로부터 위상을 계산, 변환하여 표면의 높이 정보를 0.1나노미터 이하의 수직해상도로 얻을 수 있어 고속의 표면 프로파일링에 응용할 수 있다.

연구팀은 쌀알같은 면적의 그래핀 영역에 대해 사진 4~7장을 연속적으로 찍고, 표면에서 반사된 빛의 위상을 계산했다. 이를 통해 표면의 높이 정보를 얻어 표면의 찢어짐이나 주름, 불순물 존재를 확인할 수 있었다.

덕분에 탐침이 표면의 여러 지점을 옮겨 다니며 순차적으로 측정해 나가는 기존의 방식 대비 속도가 크게 향상됐다.

연구팀은 "수백 제곱마이크로미터 크기에서 가능했던 검사를 제곱밀리리터 단위의 대면적으로 확대할 수 있는 실마리를 제공한 것"이라며 "그래핀 외에도 원자층 두께의 다양한 이차원 소재로 확장할 수 있을 것"이라고 연구 의의를 설명했다.

한편, 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구지원사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 24일자로 게재됐다.


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