UNIST 마경열 박사 ‘에쓰-오일 우수학위논문상’ 화학 대상

2차원 물질인 ‘육방정계 질화붕소(hBN)’에 관한 연구로

“더 도전적인 연구로 선한 영향을 줄 수 있는 차세대 연구자가 되도록 정진하겠습니다.” UNIST(총장 이용훈) 화학과 마경열 박사가 지난 9일 ‘에쓰-오일과학문화재단’에서 수여하는 ‘제12회 에쓰-오일 우수학위논문상’에서 화학 부문 대상을 받았다. 논문은 차세대 반도체의 밑바탕이 될 2차원 물질인 ‘육방정계 질화붕소(hBN)’에 관한 연구다.

‘제12회 에쓰-오일 우수학위논문상’에서 화학 부문 대상을 수상한 UNIST 화학과 마경열(사진 오른쪽) 박사가 11일 신현석 지도교수와 함께 대학 내 저차원탄소혁신연구센터 앞에서 기쁨을 나누고 있다. UNIST 제공

육방정계 질화붕소는 분자 구조가 그래핀(Graphene)과 유사하고 흰색을 띠어 ‘화이트 그래핀’이라고도 불린다. 전하 트랩(Charge trap)이나 전하 산란 등의 반도체 기능 저하를 막을 수 있는 물질로, 현재까지 알려진 유일한 2차원 절연체 소자다. 전하 트랩은 반도체와 같은 고체 안에서 전자나 정공의 이동을 방해하는 영역이다. 반도체 칩(IC회로)은 전하의 흐름(전류)을 온·오프하는 방식으로 작동하기 때문에 전하 트랩이 발생하면 반도체가 제 기능을 하지 못한다.

전하 산란은 일반 물질 표면에 노출된 불완전한 화학결합인 ‘댕글링 본드’ 때문에 발생하는데, 2차원 물질은 구성 원자끼리 2차원 평면 형태로 연결돼 있어 이런 댕글링 본드가 없고 전하 산란이 발생하지 않는다.

따라서 이 물질을 차세대 반도체의 2차원 절연체로 활용하려면 ‘단결정’ 형태로 합성해야 하는데 마 박사의 연구가 그 가능성을 열었다. 그는 학위 과정 동안 다양한 이차원 소재 합성법과 응용 연구를 수행했다. 특히 육방정계 질화붕소를 쌓는 층의 수를 조절하면서 대면적에서 단결정으로 합성하는 방법을 개발하고, 이 기술의 물리화학적 특성을 연구해 박사 학위를 받았다. 이를 정리한 논문은 지난 6월 네이처에 발표되며 크게 주목받았다.

신현석 지도교수는 “마 박사는 어렵고 힘든 도전적인 주제의 연구를 수행하면서도 끈기와 열정을 잃지 않고 끝까지 최선을 다해 좋은 성과를 냈다. 우리나라 과학기술 발전에 이바지하는 차세대 과학자로 성장하길 기대한다”고 말했다.

에쓰-오일 우수학위 논문상은 2011년 제정됐다. 우수한 박사학위 논문 연구자로서 잠재력을 인정받은 기초과학 분야 차세대 과학자에게 수여된다. 수상자에게는 대상 1000만 원, 우수상 500만 원이 각각 연구지원금으로 지급되며, 지도교수에게도 대상 500만 원, 우수상 300만 원의 포상금이 전달된다.