나노기술 및 정책 정보

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● 미국 Lawrence Berkeley National Laboratory의 Junqiao Wu 교수 연구팀이 칩에 사용되는 기존 재료보다 150% 더 효율적으로 열을 전도하는 실리콘 나노와이어를 개발

● 본 실리콘 나노와이어는 현재 기술을 능가하는 열전달 효율로 더 작고, 더 빠른 마이크로일렉트로닉스를 가능하게 함.

● 컴퓨터 칩에 사용되는 재료인 실리콘은 저렴하므로 전자제품 가격 역시 비교적 저렴하게 책정되지만, 실리콘을 매우 작은 크기로 축소하면 열전도 성능이 나빠져 마이크로칩에 문제를 보임.

● 이에 연구팀은 전계효과 트랜지스터의 일종으로 나노와이어를 사용하고자 하였으나 나노와이어의 거친 표면으로 인해 열전달이 더욱 악화

● 이를 해결하기 위해 단원자 실리콘-28로 만들어진 칩이 실리콘의 열전도도 한계를 극복하여 마이크로일렉트로닉스의 처리속도를 향상시킨다는 이론을 바탕으로 천연 실리콘과 비교하여 실리콘-28 결정에서 열전도율을 테스트

● 테스트를 위해 천연 실리콘과 실리콘-28 나노와이어를 지름 90nm(나노미터)로 제작하였으며, 백금 전극과 온도계가 장착된 2개의 마이크로히터 패드 사이에 각 나노와이어를 매달고 전극에 전류를 인가하여 한 패드에서 열을 발생시켜 나노와이어를 통해 다른 패드로 흐르게 조작

● 테스트 결과, 실리콘-28 나노와이어는 동일한 지름과 표면거칠기를 가진 천연 실리콘 나노와이어보다 150% 더 나은 열전도율을 나타냄

● 향후 연구팀은 해당 결과를 바탕으로 실리콘-28 나노와이어의 열전도를 제어하는 방안을 연구할 계획

※ Physical Review Letters 게재(2022.02.23.), “Giant Isotope Effect of Thermal Conductivity in Silicon Nanowires”