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유기나노입자 흡착에 의해 금속 그....

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글쓴이 최고관리자 등록일 15-07-31 14:50
조회 468

    ~ 나노 디바이스 회로의 성능향상 ~

    큐슈공업대학 연구그룹은 오사카대학, 홋카이도대학, 치바대학의 연구그룹과 공동으로 (1) 2층 카본 나노튜브를 언집하여 반금속성 단층 그래핀 나노리본(sGNR)을 안정적으로 얻을 수 있는 방법을 확립하고, (2) 얻어진 sGNR에 평면 분자 나노입자 흡착하여 흡착부분의 주변만 반도체화한다는 것을 밝혀내었다. “무어의 법칙(Moore`s law)”에서도 알려진 대로 나노구조의 미세화는 물리한계 가까이에 도달하고 있다. 

    그래핀은 전자, 홀의 캐리어 이동도가 기존의 반도체 재료에 비하여 현격히 높다고 알려져 있으며, 대단히 많은 연구자가 이 연구와 관련되어 있다. 그 중요성 때문에 발견자가 노벨상을 수상하였다. 그럼에도 불구하고 그래핀은 반금속성이며, 그대로는 트랜지스터 등 반도체 재료를 대체할 수 없다. 그래서 연구자는 혈안이 되어 그래핀을 반도체로 하는 방법을 탐색해 왔다. 한편 본 연구팀은 눈부신 다운사이징이 진행되는 전자회로 중에서 앞으로 나노 전기배선의 일부가 나노 디바이스가 된 배선과 디바이스가 일체가 된 전자회로의 중요성이 증가해 가고 있다고 생각하여 sGNR을 이용할 것과 평면 유기분자를 sGNR에 흡착시킴으로써 반도체성을 간단히 도출할 수 있다는 것에 주목하였다. 

    특히 유기분자를 이용하여 sGNR의 전기특성을 변화시키는 구조는 지금까지 큰 성공은 없었다. 본 연구팀은 언집법을 2층 카본나노튜브(DWNT)에 적용함으로써 지금까지 없었던 질이 높은 sGNR을 얻었다. 그리고 얻은 sGNR에 나노입자를 흡착시킴으로써 전기물성의 변화를 조사한 결과, sGNR의 일부에 유기 평면분자의 나노입자를 흡착시켜 그 주변만 반도체화한다는 것을 밝혀내었다. 이것을 이용함으로써 장래 그래핀 나노 배선의 일부를 반도체화하여 디바이스라고 하는 나노 배선 디바이스 일체구조의 실현에 길이 열려 현재 CPU 등 나노 디바이스 회로의 크기를 바꾸지 않고도 디바이스 성능의 향상을 기대할 수 있다. 

    단층 GNR의 전류-전압(I-V)측정에 의해 DWNT로부터 얻은 GNR은 반금속성이라는 것을 알고 있다. GNR을 우선 Si 기판 위에 두고, 캐스트법에 의해 나프탈렌 디이미드( naphthalene diimide, C15-NDI) 분자용액을 떨어뜨려 분자로 이루어진 나노입자를 GNR에 흡착시켰다. 각 알맹이 하나는 NDI분자 3~10개인 나노입자이다. 트랜지스터 측정 결과, 분자흡착 후의 GNR은 p형 반도체 특성을 가진다는 것을 알게 되었다. NDI 나노입자는 그래핀 중 전자전도를 저해하므로 흡착 시에는 GNR 중 전류 통로가 좁아지고, 그래핀 나노 메시와 같은 넥효과(그래핀이 좁아지는 곳에서 반도체화)가 나타난다고 생각할 수 있다. 본 연구에서 얻어진 GNR 전기특성의 유기분자에 의한 제어기술은 금속성 GNR의 일부(나노입자흡착부분 부근)만을 반도체화할 수 있으므로 장래 나노 배선 디바이스 일체구조를 제작하는데 대단히 유용한 방법이 될 것으로 기대된다. 

    출처 KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

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