박홍규 교수팀, 빛으로 작동하는 나노선 트랜지스터 최초 개발
 고해상도 카메라, 빛으로 계산하는 신개념 컴퓨터 등 적용 기대

 ▲ 박홍규 교수(왼쪽, 교신저자)와 김정길 박사후연구원(오른쪽, 제1저자)

이과대학 물리학과 박홍규 교수 연구팀이 오직 빛으로만 전기 신호를 제어하고 효율적으로 전류를 증폭할 수 있는 새로운 나노선 트랜지스터를 최초로 개발했다.
* 나노선 : 단면의 지름이 수 나노미터에서 수백 나노미터이고 길이는 수십 마이크로미터인 1차원 형태의 나노 구조체. 레이저나 트랜지스터, 메모리, 화학감지용 센서 등 다양한 분야에 쓰임
* 트랜지스터 : 전자회로의 구성요소이며 전류나 전압흐름을 조절하여 전기 신호의증폭, 스위치 역할을 하는 반도체 소자
 

박홍규 교수 연구팀의 연구내용은 세계적인 학술지 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 8월 8일자에 게재됐다.이 연구는 과학기술정보통신부 기초연구지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
 - 논문명 : Photon-triggered nanowire transistors
 - 저자 정보 : 박홍규 교수(교신저자, 고려대), 김정길 박사후연구원(제1저자, 고려대)
 

트랜지스터는 현대 전자기기를 구성하는 가장 기본 부품 중 하나로서, 전기 신호의 증폭 작용과 스위치 역할을 한다. 기존 트랜지스터의 동작 효율을 높이기 위해 나노 크기로 제작하거나 빛을 쪼여주는 등의 연구가 진행 중이지만, 복잡한 공정과 낮은 수율로 인해 상용화가 어려운 상황이다.

연구팀은 실리콘 나노선에 다공성 실리콘을 부분적으로 삽입하여, 빛만으로 전기 신호를 효과적으로 제어할 수 있는 새로운 개념의 나노선 트랜지스터를 개발했다. 이로서 기존의 복잡한 반도체 설계 및 제작 공정을 획기적으로 줄일 수 있게 됐다.
* 다공성 실리콘 : 내부에 수 나노미터(1 나노미터는 10억분의 1미터)의 수많은 작은 구멍을 가지고 있는 실리콘

다공성 실리콘은 내부에 수많은 작은 구멍이 있어 전기가 거의 흐르지 않는다. 연구팀은 이러한 나쁜 전기적 특성을 역으로 이용해, 빛을 쪼여주면 흐르지 않던 전류가 엄청나게 증폭한다는 점을 최초로 발견했다. 연구팀은 또한, 하나의 실리콘 나노선 안에 두 개의 다공성 실리콘을 갖는 트랜지스터를 제작하여 새로운 논리 회로를 구현했다. 게다가 다공성 실리콘을 여러 개 포함하는 얇은 나노선 트랜지스터를 제작하여, 1 마이크로미터 미만의 높은 분해능으로 매우 약한 빛을 검출할 수 있는 고성능 광검출기를 구현했다. 
* 논리 회로 : 1 또는 0의 두 값 신호로 주어진 입력에 대응한 두 값 신호의 출력을 얻는 회로를 말하며, 컴퓨터의 연산장치, 제어장치 등의 기본이 되는 회로
* 광검출기 : 광신호를 검출하여 전기 신호로 바꾸어 주는 역할을 하는 소자

박홍규 교수는 “이 연구는 다공성 실리콘을 원하는 곳에 배치시키고 빛을 필요한 위치에 쪼여주기만 하면 나노선 하나만으로 모든 전자 기기들을 간단히 제작할 수 있음을 보여준 것이다. 이로서 매우 민감한 고해상도 카메라, 빛으로 빠르게 계산이 가능한 신개념의 컴퓨터 개발 등에 적용이 가능할 것으로 기대된다.”고 연구의 의의를 밝혔다.
 

[ 용 어 설 명 ]

1. 네이쳐 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 誌
 ○ 네이처 나노테크놀로지 (Nature Nanotechnology)는 과학, 기술 분야 최상위 학술지인 Nature지의 자매지 중 하나로 2006년도부터 출판되었다. 학술지표 평가기관인 Thomson JCR 기준 전 세계 나노과학 및 나노기술 분야 (Nanosciences & nanotechnology) 학술지 중 1위에 해당하는 영향지수 (impact factor 38.986)를 가지고 있다.
 
2. 트랜지스터
 ○ 전자회로의 구성요소이며 전류나 전압흐름을 조절하여 증폭, 스위치 역할을 하는 반도체 소자.

3. 다공성 실리콘
 ○ 내부에 수 나노미터(1 나노미터는 10억분의 1미터)의 수많은 작은 구멍을 가지고 있는 실리콘.

4. 나노선
 ○ 단면의 지름이 수 나노미터에서 수백 나노미터이고 길이는 수십 마이크로미터인 1차원 형태의 나노 구조체. 레이저나 트랜지스터, 메모리, 화학감지용 센서 등 다양한 분야에 쓰인다.

5. 논리 회로
 ○ 1 또는 0의 두 값 신호로 주어진 입력에 대응한 두 값 신호의 출력을 얻는 회로를 말하며, 컴퓨터의 연산장치, 제어장치 등의 기본이 되는 회로이다.

6. 광검출기
 ○ 광신호를 검출하여 전기 신호로 바꾸어 주는 역할을 하는 소자.

[ 그 림 설 명 ]

(그림1) 빛으로 구동하는 실리콘 나노선 트랜지스터
다공성 실리콘에 빛을 쪼여주어 나노선의 전기적 특성이 변화함을 보여주는 모식도.

(그림2) 빛으로 구동하는 실리콘 나노선 트랜지스터
다공성 실리콘(Porous Si (PSi))이 단결정 실리콘(Crystal Si (CSi)) 나노선에 부분적으로 삽입되어 있음을 보여주는 전자현미경 사진 (왼쪽). 다공성 실리콘에 레이저를 조사하였을 때 레이저 세기가 커짐에 따라 전류가 커지고 있다 (오른쪽). 최대 천만배의 전류 증가가 측정되었다. 

(그림3) 빛으로 구동하는 NAND 논리 회로 
두 개의 다공성 실리콘에 각각의 레이저를 조사하여 구현된 NAND 논리 회로 (왼쪽). 입력값으로서 레이저가 on 상태일 때가 ‘1’, off 상태일 때가 ‘0’이다. 입력값이 ‘00’, ‘01’, ‘10’ 일 때 출력값은 ‘1’ (5 V)이 나오고, 입력값이 ‘11’일 때 출력값은 ‘0’ (3.75 V)이 되어 NAND 논리 회로가 형성된다 (오른쪽).

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)