김진태 박사는 화학기상증착(chemical vapor deposition: CVD)법을 통해 성장한 그래핀을 기반으로 집적 광회로 구현이 가능한 그래핀 플라즈몬 광도파로 기술을 개발했으며, 관련 논문을 지난 15일 광학분야 최고 권위의 저널인 '옵틱스 익스프레스(Optics Express)' 11월호에 게재했다. 금속-유전체 경계면에서 발생되는 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polartion: SPP)의 특성과 응용을 연구하는 플라즈모닉스(plasmonics) 분야에서는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속을 이용하는 금속선 광도파로(metal strip optical waveguide)에 대한 연구가 오랜 동안 진행돼 왔다. 하지만, 금속의 전도도는 전기장과 같은 외부의 자극을 통해 변화시킬 수 없기 때문에 금속을 기반으로 하는 플라즈몬 광도파로의 응용이 한계에 달한 상태다.

반면 반도체 특성을 갖는 그래핀의 전도도는 화학적 도핑(doping), 전기장, 자기장, 게이트 바이어스(bias) 전압 조절 등을 통해 변화시킬 수 있으므로 기존에 금속이 갖는 한계를 극복하는 신개념의 광전자소자를 개발할 수 있는 무한한 가능성을 갖고 있다. 이번에 개발한 그래핀 광도파로 기술은 기존에 이론적으로만 연구되고 있는 그래핀을 통한 광도파 특성을 실험적으로 증명한 것으로 대내·외의 학문적·산업적 주목을 끌고 있다.

특히 그래핀을 통한 광통신 성능을 확인함으로써 그래핀 광도파로를 기존의 반도체 소자와 결합해 광통신과 전기통신이 동시에 가능한 차세대 광∙반도체 융합 신소자로서의 개발 가능성을 크게 열어뒀다. 김 박사는 "이번 개발 기술은 기존 반도체 공정에 곧바로 응용이 가능한 기술로, 기존 광∙반도체 융합 소자 대비 활용성과 응용성이 보다 높은 신기술이다. 이 기술을 통해 반도체 강국으로의 우리나라의 위상을 다시 한번 세우는 계기가 될 것"이라고 말했다.

▲그래핀 기반 플라즈몬 광도파로 및 광회로 개념도. ⓒ2011 HelloDD.com