새로운 종류의 LED를 만들 수 있게 하는 그라핀
원문 : 한국과학기술정보연구원(GTB)
2차원 그라핀 시트와 1 차원 기둥 모양의 초구조가 결합된 수직 어레이는 우수한 광학적 및 전기적 성질을 가진 새로운 종류의 광 발광 다이오드를 만드는데 사용될 수 있다고 많은 과학자들은 알고 있다. 미국과 한국 연구진에 의해서 개발된 이 장치는 그라핀이 이상적인 투명 전극 물질이 될 수 있다는 것을 증명했다.
반도체 나노와이어와 나노로드의 수직 어레이는 1차원 특성 때문에 독특한 광학적, 전기적, 기계적 성질을 가지고 차세대 광전자장치 및 전자장치를 만드는데 사용될 수 있었다. 예를 들어 이것들이 플라스틱 위에 집적될 때, 이러한 어레이는 기존의 반도체 웨이퍼 기술로는 불가능한 플렉서블한 장치를 만들 수 있을 것이다.
이 물질을 실제로 적용하기 위해서는 나노로드 또는 기둥 사이의 갭을 연결시킬 수 있는 접촉 전극의 개발이 선행되어야 한다. 일리노이 주립대학 어바나-샴페인 캠퍼스(University of Illinois at Urbana-Champaign)의 연구진과 한국 연구진은 나노로드 어레이의 상부에 놓인 2차원 그라핀 시트가 이런 역할을 할 수 있다는 것을 증명했다. 연구진은 갈륨 비산물 기반의 나노로드 어레이를 투명 전극인 그라핀 시트로 연결시킨 광발광 다이오드 장치를 만들었다.
그라핀 시트는 그라핀의 뛰어난 전기 및 기계적 성질 덕분에 디스플레이, 발광 장치, 태양 전지 등에 적용될 수 있어서 인듐 주석 산화물과 같은 기존의 투명 전극 물질의 대안으로 유망하게 검토되었다. 과학자들은 대면적 그라핀 시트를 중합할 수 있었고 이것을 임의의 표적 기판 위에 직접 이동시킬 수 있게 되었다. 이번 연구진은 LED 장치 속에 나노로드 어레이의 팁을 연결시키는 3차원적 적용에 이런 개념을 최초로 확장시켜서 적용시켰다.
그라핀 기반의 나노로드 LED는 GaAs와 같은 고성능 무기 물질과 그라핀과 같은 기계적으로 강한 탄소 기반의 물질이 결합된 하이브리드 시스템으로 이루어졌다. 어레이의 배치는 최종 장치의 변형을 효과적으로 완화시키고 더 많은 빛을 추출할 수 있도록 설계되었다. 게다가 그라핀은 기계적으로 플렉서블하고 우수한 전기적 및 열적 전도성을 가지는데, 이런 성질은 효과적인 전하 캐리어 주입, 열 발산, 최종 제품의 굽힘성에 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
이런 독특한 LED는 소프트 성질이 필요한 평면 구조에 유망하게 적용될 수 있을 것이다. 투명 전극인 그라핀 시트를 이용한 연결 방법은 전자장치, 광전자장치, MEMS, 광발전 등의 많은 영역에서 전기적으로 상호연결된 장치를 위한 새로운 방법을 제공할 수 있을 것이다.
이 연구결과는 저널 Nano Letters에 게재되었다.
그림. (위) 나노기둥, (아래 왼쪽) 그라핀/나노로드 구조의 SEM 이미지, (아래 중앙 및 오른쪽) LED로부터의 광 발광을 보여주는 구조도 및 사진.
