 |
| 염한웅 포항공대 물리학과 교수(왼쪽)와 김근수 미국 로렌스버클리 국립연구소 박사.(사진제공=연구재단) |
국내 연구진이 탄소원자 한 층 두께의 신물질, 그래핀에서 반도체 핵심특성인 터널링 다이오드 효과를 발견함에 따라 더 작고 빠른 전자소자의 개발이 앞당겨질 전망이다.
층을 이룬 그래핀 속으로 전자가 빠른 속도로 투과하는 터널링 다이오드 효과를 규명해 그래핀의 초고속 소자로서의 응용 가능성을 확인한 것이다.
미국 로렌스버클리 국립연구소 김근수 박사와 포항공대 물리학과 염한웅, 김태환 교수가 참여한 이번 연구는 물리학 분야의 권위있는 학술지인"피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)" 지난18일자에 게재됐다.
흑연의 표면층을 한 겹만 떼어낸 탄소나노물질, 그래핀은 철보다 훨씬 단단하면서도 쉽게 휘어질 수 있고 구리보다 더 전기가 잘 통하는 등 그 뛰어난 물성으로 인해 지난2005년 처음 발견된 후 불과 5년만에 노벨물리학상의 주인이될 만큼 주목받고 있다.
하지만 밴드갭이 존재하지 않는 그래핀의 도체적인 특성(금속성) 으로 인해 반도체 소자로의 응용에는 제약이 있었다.
때문에 밴드갭이 존재하지 않더라도 소자로 응용이 가능한 다른 방법에 주목하게 되었는데, 그 중 하나가 그래핀에서 터널링 다이오드 효과를 유도하는 것이다.
이를 위해 많은 시도가 있었지만 기존 반도체와 같은 방법을 원자 한층 두께의 극히 얇은 그래핀에 그대로 적용하는 것은 매우 어려웠다.
연구팀은 기판 위에 성장시킨 두 층의 그래핀에 수직으로 전기장을 걸어주고 뾰족한 나노탐침을 이용해 그래핀을 투과하는 전기신호를 조사하여 터널링 다이오드 효과의 대표적인 특성인 부저항을 확인함으로써 그래핀의 고속소자로서의 응용가능성을 확인했다.
특히 연구팀은 이 현상을 극미세 바늘로 물질의 표면을 스캔하는 주사탐침현미경을 활용, 원자수준으로 관찰하여 그 메커니즘까지 규명할 수 있었다.
김근수 박사와 염한웅 교수는 "이번 연구로 신물질 그래핀에 기존 반도체 소자의 핵심기술을 접목하는 데 성공하여 초소형, 초고속 그래핀소자의 가능성을 열었다"고 연구의의를 밝혔다.
