전남대학교MNTL연구소

전자소자에서 가장 작은 구조들을 제조하는 완전히 새로운 방법은 더 값싼 반도체들을 만드는 제작 시작을 수 천 배나 빠르게 할 수 있을 것이다. 이 발견은"Continuous gas-phase synthesis of nanowires with tunable properties"라는 제목으로 Nature 최근호에 게재되었다.

현재 많이 사용되는 것처럼 실리콘 웨이퍼 혹은 다른 기판에서 시작하는 대신, 연구원들은 흐르는 가스 내에서 자유롭게 현탁된 금 나노입자들로부터 그 구조들을 성장시키는 것이 가능하도록 했다.

이 발견은 스웨덴 룬트대학 반도체 물리학과 교수이며 동 대학의 나노미터 구조 컨소시엄의 의장인 Lars Samuelson 교수가 이룬 것이다. 그는 이 기술이 2내지 4년 내 상용화될 준비가 끝날 것으로 믿고 있다. 하나의 프로토타입 태양전지는 2년 내 완성될 것으로 기대된다.

Lars Samuelson 교수가 기판을 없애려는 아이디어를 제안했을 때, 주위 동료들은 그것은 불가능하다고 조언을 해 주었다. 연구원들이 400도에서 전환된 오븐들 중 하나에서 이 원리를 시험했을 때, 결과는 연구원들이 상상했던 것보다 더 훌륭했다.

기본 아이디어는 반도체들이 성장하는 기판으로 금 나노입자를 사용하는 것이다. 이는 흔히 알려진 개념들이 뒤바뀌는 것을 의미한다.

그런 이후, 이 기술은 정재되어 왔고, 특허들이 승인되었고 이후 연구들이 수행되었다. Nature 내 기사에서, 연구원들은 어떻게 성장은 온도, 시간, 금 나노입자들의 크기를 이용하여 조절될 수 있는지 보여준다.

현재, 연구원들은 특별히 만들어진 오븐을 이용하여 프로토타입 기계를 만들었다. 일련의 오븐들을 이용하여, 연구원들은 구조들이 알려진 나노와이어들을 만들 수 있을 것으로 기대하고 p-n 다이오드 등 다수의 소자들을 개발하려고 계획하고 있다.

이 기술의 더 많은 장점은 비싼 반도체 기판들의 비용을 줄일 수 있다는 것이다. 또한, 이 공정은 매우 빠를 뿐만 아니라 연속적이다. 기판들의 일반적인 제조는 정량 기준이고 그래서 훨씬 더 시간 소모적이다.

현재, 연구원들은 나노와이어들을 포획하기 좋은 방법을 개발하고 있으며, 특수한 표면 상에 정열된 방법으로 이 나노와이어들이 자기조립하게 할 계획이다. 이는 목적에 따라 유리, 철 혹은 또 다른 물질이 될 수 있다.

지금까지 누구도 이 방법을 시험하지 않은 까닭은 현재의 방법이 너무 단순하고 분명해 보이기 때문이라고 Samuelson교수는 설명했다.

그러나, 룬트 대학 연구원들은 에피텍시라고 알려진 반도체 웨이퍼 상에 나노와이어 제조에서 혁신적인 방법에 기초한 비슷한 연구 덕분에 발상의 전환을 하게 되었고 이로 인해 연구원들은 이 새로운 방법을 에어로텍시라고 부르고 있다. 실리콘 혹은 또 다른 반도체 물질로 이루어진 형상 구조들 대신에, 이 구조들은 조절된 자기 배열을 통해 원자 층을 하나씩 쌓아올리는 방법을 개발할 수 있게 해 주었다.

이 구조들은 나노와이어 혹은 나노로드를 나타내고 있다. 이 반도체 구조들에 대한 돌파구는 2002년 발견되었고 이들 구조에 대한 연구는 주로 룬트, 버클리, 하버드 대학에서 연구된다.

룬트 대학 연구원들은 현재 일상생활에 접목되고 있는 소자들인 태양전지, LED, 배터리와 다른 전기 장비들을 더 성능이 좋고 에너지가 많이 절약되도록 이 와이어의 물리적, 전기적 특성을 이용하는데 노력하고 있다.