나노기술 및 정책 정보

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 미래를 이끌 꿈의 신소재로 불리는 탄소나노튜브와 그래핀을 이용하여 투명하고 휘어지는 트랜지스터 및 메모리 소자가 개발됐다.

 성균관대학교 WCU 에너지과학과 이영희 교수팀이 탄소나노튜브를 반도체 층으로 사용하고 그래핀을 전극으로 활용하여 투명하면서 휘어지는 트랜지스터를 개발하였고, 그래핀 전극에 산소를 붙여 정보저장층으로 사용하여 투명하고 휘어지는 메모리 소자개발에 성공했다고 밝혔다.
 단일층 탄소나노튜브는 직경이 2 나노미터 이내이고 탄소로 이루어진 속이 빈 튜브형태 구조를 가진 물질로서 실리콘 다음세대를 이어갈 전자소자 재료이다. 탄소나노튜브를 트랜지스터에 응용하는 경우 나노크기를 이용한 고집적 테라비트메모리, 높은 전기전도도를 이용한 초고속 컴퓨터의 제작이 가능할 것으로 예측되고 있다. 또한, 그래핀은 탄소원자가 2차원 평면으로 배열된 형태의 물질로 두께는 탄소원자 하나의 높이이지만 너비는 수 미터에 이르고, 다이아몬드보다 강도가 높으면서 잘 굽혀지고 투명하며 전기가 잘 통하는 등 우수한 특성을 지닌 신소재이다.

 휘어지고 투명한 반도체 및 메모리 소자의 개발은 차세대디스플레이, 전자소자를 위하여 필수적이다. 그러나 실리콘반도체는 딱딱한 무기 재료로 휘어지는 반도체의 응용에 제한이 있었다. 반면, 전극으로 사용되는 물질은 단단한 금속 전극이 주로 사용되어 왔다.  또한 투명전극으로는 인듐 주석 산화막이 주로 사용되고 있는데 이 물질은 희귀금속으로 가격이 매우 비싸고, 잘깨어지는 성질을 가지고 있어서 휘어지는 전자소자의 응용에 있어 걸림돌로 작용되어 왔다. 투명하고 휘어지는 메모리 소자의 경우 정보저장 층으로 기존 희귀금속을 사용해 왔는데 이 경우 깨지는 문제점뿐만 아니라 이 층이 투명도를 10% 이상 감소시키는 문제가 있었다. 연구팀은 투명전극으로 ITO 대신 그래핀을 사용하였고 반도체로 탄소나노튜브를 사용하여 우수한 특성의 투명하고 휘어지는 트랜지스터 및 메모리소자 제작에 성공하였다.

 이번 트랜지스터와 메모리 소자는 기존의 소자에 비해 5% 이상 더 높은 투명도를 가졌고, 휘어짐에 있어 10배 이상 더 좋은 유연성을 보였다. 또한 그래핀은 불순물이 거의 없는 깨끗한 표면을 가지고 있기때문에 기존 반도체에서 불순물에 의한 문제점이었던 히스테리시스가 사라지는 전기적 특성을 보였다. 또한 같은 탄소로 이루어진 그래핀과 탄소나노튜브를 이용함에 따라 접촉저항이 금에 비해 100배 더 낮았다.메모리 소자의 경우 그래핀 표면에 자외선을 쬐어주어 산소를 붙이는 간단한 방법으로 정보저장층을 만들었다.

 기존의 금 입자나 알루미늄입자를 사용한 정보저장층의 경우 투명도에서 4~8%의 감소를 보였던 반면 산소로 만들어진정보저장 층은 투명도 감소를 전혀 보이지 않았다. 뿐만 아니라 휘어짐에도 우수한 성능을 보였다. 이번 투명하고 휘어지는 트랜지스터 및 메모리 소자의 개발로 인해 차세대의 전자시스템으로 여겨지는 의류에 탑재된 컴퓨터, 두루마리형스마트폰, 휘어지는 IC카드 등과 가벼우면서도 휴대성이 뛰어나고, 인간친화형 전자기기 개발을 앞당기게 되었고, 특히 지난해 노벨상 수상으로 더욱주목 받고 있는 그래핀의 실용화를 목전에 두게되었다.
 그동안 휘어지고 투명한 반도체 및 메모리 소자는 미국, 일본 등 선진국이 주도하였으나 이번 연구성과를 통해 첨단나노소자분야에서도 원천특허확보가 가능하게 되어 21세기를 대비한 차세대반도체 기술 분야에서 선진국과 대등한 기술을 확보할 수 있게 되었다.