그래핀 이용해 LED 열熱잡았다
고출력 LED 구현, 전기자동차 전력 소자 등 활용 기대

국내연구팀이 그래핀을 이용해 LED 열熱을 잡는데 성공했다. '그래핀패터닝공정'을 활용해 사파이어 기판 위에 그래핀을 포함한 LED 소자 제작에 성공했다. 그래핀의 열전도율은 구리의 10배 이상으로 소자 내에서 발생하는 열을 골고루 방출, 분산시켜 반도체칩 온도를 낮춤으로써 안정성을 확보할 수 있다. 이렇게 개발된 기술을 통해 열발생이 많은 수평형 LED에서도 높은 전류 구동이 가능해 고출력 LED를 구현할 수 있게 됐다. LED 뿐 아니라 전기 자동차에 활용되는 전력 소자나 태양전지 등에도 적용 가능한 이 기술은 무엇보다 연구팀이 독자적으로 개발한 그래핀 패터닝 공정으로 대량 생산과 손쉽게 제조 가능해 머지않아 상용화가 이뤄질 것으로 기대된다.


LED소자 내에 발생하는 방열 문제를 획기적으로 개선한 새로운 연구가 성공을 거뒀다. 전북대학교 반도체과학기술학과 홍창희 교수팀이 세계 학계에서 가장 주목받고 있는 신소재인‘그래핀Graphene’을 적용해 세계 최초로 LED 소자 내에 발생하는 방열 문제를 획기적으로개선했다. 그동안 LED에서 사용한 사파이어 소재 기판은 열전도율이 낮은 특성으로 고출력으로 작동할 경우 발생되는 열을 제대로 방출하고 분산시키지 못해 반도체 칩이 망가지는 등 신뢰성 확보에 어려움이 많았다.

이에 홍 교수팀은 독자적인 방법인‘그래핀 패터닝 공정’을 이용해 기존 사파이어 기판 위에 그래핀을 내재시킨‘질화갈륨(GaN) 박막’을 만들어 이 위에 반도체 칩을 올렸다. 패터닝 공정이란 반도체 기판 위에 원하는 반복적 미세 무늬를 제작하는 것을 말한다.

그래핀은 여타의 금속(구리 등)에 비해 10배 이상 뛰어난 열전도율을 가지는 소재다. 따라서 그래핀을 입힌 기판은 발생하는 열을 골고루 방출하고 분산시켜 반도체칩의 온도를 획기적으로 낮춰 안정성을 확보하게 된다. 쉽게 말해 얇은 층 형태로 구성된 그래핀을 갈아 사파이어 기판 위에 스프레이 방식으로 분사시켜 열전도율이 높은 기판을 만들어낸 것. 이렇게 개발된 기술을 통해 열 발생이 많은 수평형 LED에서도 높은 전류 구동이 가능해 고출력 LED를 구현할 수 있다. 이 기술은 LED 뿐 아니라 전기 자동차에 활용되는 전력 소자나 태양전지, 유기 발광소자(OLED), LED TV 등 가전제품의 다양한 분야에 활용할 것으로 기대되고 있다.

쉽고 대량 생산 가능한 그래핀패터닝 공정