과학기술부 21세기 프론티어 연구개발사업의 일환인 테라급나노소자개발사업단(단장 이조원 박사)의 과제를 수행중인 성균관대 이영희 교수 연구팀은 세계 최초로 금속탄소나노튜브를 반도체탄소나노튜브로 변환시키는 방법을 고안, 상온에서 작동하는 탄소나노튜브 트랜지스터를 구현하는데 성공했다. 탄소나노튜브는 직경이 수-수십 나노미터(10억분의 1미터)의 튜브형 소재로 열전도율이 높아 안정적이며, 탄소원자의 감긴형태에 따라 금속탄소나노튜브와 반도체탄소나노튜브가 존재한다. 특히, 탄소나노튜브를 반도체소자에 응용하면 나노크기의 채널로 전자이동을 제어하기 때문에 저 전력으로 소자구동이 가능하며, 기존의 실리콘 소자와는 달리 도핑을 하지 않아도 되는 등 소자 작동 및 제조에 매우 유리하다. 탄소나노튜브 반도체 소자 연구결과가 1997년 처음 발표된 이래 탄소나노튜브의 반도체 소자로 개발하기 위한 경쟁은 미국의 IBM을 중심으로 전 세계적으로 치열하게 전개되고 있다. 탄소나노튜브는 합성 시 금속탄소나노튜브와 반도체탄소나노튜브가 항상 섞여 있어 트랜지스터나 메모리소자에 응용하기 위해서는 반도체탄소나노튜브가 필요하나, 이제까지 반도체탄소나노튜브만을 선택적으로 합성하거나 혹은 합성 후 선택적으로 반도체탄소나노튜브만을 골라내는 방법이 없었다. 따라서 탄소나노튜브를 나노트랜지스터나 고집적 메모리에 적용하는데 치명적인 걸림돌이 되어 왔다. 그러나 성균관대학교 이영희 교수 연구팀(공동연구자 삼성종합기술원 최원봉 박사 및 전북대 김주진 교수)은 세계최초로 탄소나노튜브의 전자구조를 제어해 금속탄소나노튜브를 반도체탄소나노튜브로 변환시키는 기술을 개발함으로써 고집적 탄소나노튜브 반도체소자 실용화의 전기를 마련했다. 개발한 기술은 탄소나노튜브의 벽을 수소원자로 기능화시켜 탄소나노튜브의 전자구조를 변환시킨 것으로, 탄소나노튜브의 종류에 관계없이 모든 탄소나노튜브를 반도체탄소나노튜브로 변환할 수 있는 기술이다. 아울러 트랜지스터나 메모리를 집적화 하는 공정 중 손쉽게 수소원자로 탄소나노튜브를 기능화시킬 수 있는 장점이 있다. 또 밴드갭을 1 eV 이상 올릴 수 있기 때문에 상온 또는 고온에서 작동하는 소자를 제작할 수 있게 돼 탄소나노튜브 반도체소자의 실용화를 앞당기는 길을 열었다. 특히, 100% 국내 연구진에 의해 개발된 세계 최초의 연구결과로 그 의의가 평가되고 있다. 개발기술은 테라급 반도체 메모리 등의 차세대 반도체에 적용됨으로써 새로운 나노소자 시장의 창출과 기존 메모리 시장의 대체를 통해 2010년 약 l조달러로 추산되는 세계 반도체 시장 전체를 주도할 수 있는 역량을 갖추는 데 큰 기여를 할 것으로 기대되고 있다. 또 기능화 기술을 이용하면 직접 밴드갭을 가진 탄소나노튜브로 변환시킬 수 있기 때문에 기존의 실리콘 소자와는 달리 탄소나노튜브를 광전자소자에도 응용할 수 있는 발판을 마련한 것으로 평가되고 있다. 연구결과는 세계적인 권위지인 Advanced Materials(2002년 11월)에 게재될 예정이며, 국내특허를 1건 출원했고, 3건의 해외특허를 출원중이다. 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)는 지구상에 다량으로 존재하는 탄소로 이루어진 탄소동소체로, 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합돼 튜브형태를 이루고 있는 물질이며, 튜브의 직경이 나노미터(nm=10억분의 1미터) 수준으로 극히 작은 영역의 물질이다. 탄소나노튜브는 우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계방출 특성, 고효율의 수소저장매체 특성 등을 지니며 현존하는 물질중 결함이 거의 없는 완벽한 신소재로 알려져 있다. 또 고도의 합성기술에 의해 제조되며, 합성방법으로는 전기방전법, 열분해법, 레이저증착법, 플라즈마 화학 기상 증착법, 열화학기상증착법, 전기분해방법, Flame 합성방법 등이 있다. <Chemical Daily News 2002/10/24> |
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