나노기술 및 정책 정보

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중국 시베이(西北, 서북) 공업 대학교 리티에후(李鐵虎, 이철호) 교수 연구팀은 중국과학원 산하 "국가 나노 과학 센터" 옌융(鄢勇, 언용) 연구원 연구팀, 울산과학기술원(UNIST) Bartosz Grzybowski 교수 연구팀과 공동 연구를 수행, 나노 트랜지스터(Nano transistor)에 대한 연구를 통해 혁신성과를 획득함.

반도체 소재를 핵심으로 하는 현대 전자 기술은 전 세계가 주목하는 성과를 거두었고 인류 사회의 발전에 큰 편의를 가져왔지만 전자 디바이스의 사이즈가 한층 더 축소되고 집적 정도가 높아짐에 따라 반도체 칩의 보틀넥 문제는 더욱 심각해진 상황임.

동시에 인간의 대뇌 정보 처리 모델을 시뮬레이션하여 생성된 인공지능은 반도체 칩의 데이터 처리 능력에 대해 슈퍼 레벨의 도전을 던진 상황임.

반도체 디바이스 중의 전자 신호와는 달리 인간 대뇌 정보 처리는 복잡한 이온과 전자가 동시에 참여하는 물질 수송 과정에 기반하고 있음.

때문에 이온 전하와 전자 전하 커플링 수송의 기본 법칙을 밝히고, 두 가지 전하 간의 상호 역할과 운송 과정에 대한 인공 조종 제어를 통해 신형 나노 전자 디바이스를 개발하는 연구는 중요한 과학적 의미와 비교적 높은 응용 가치를 보유하고 있음.

연구팀은 탄소 소재를 전극으로 사용하여 뚜렷한 전하 농도 계단 분포를 실현하였으며, 디바이스 구조에 대한 최적화를 통해 일종 5전극 구조의 금속 나노 입자 필름 트랜지스터를 디자인 하고 개발하였는데, 그 중 3개의 게이트 전극이 고도로 대칭되어 누출 전류를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 게이트 전압으로 하여금 소스 누출 전극 간의 수출을 효과적으로 조절 제어할 수 있게끔 하는 것으로 나타났음.

관련 조절 제어 현상은 전기를 띠지 않은 나노 입자 필름 속에서 관측되지 않은 동시에 디바이스의 성능은 채널의 사이즈를 낮추는 방법을 통해 최적화할 수 있으며, 65mm 라인 폭 하에서 트랜지스터의 스위치 비례는 400정도 수준에 달하는 것으로 나타남. 이온의 농도 분포(EDS)와 나노 입자 필름의 표면 전위(KFM)에 대한 모니터링을 통한 동시에 이론 시뮬레이션(네른스트-플랑크 방정식(Nernst-Planck equation)과 푸아송 방정식(Poisson Equation))과의 결합을 통해 모든 실험 결과를 재현할 수 있는 것으로 나타났음.

연구팀은 동 트랜지스터를 기반으로 비(非) 게이트를 구축 및 나노 입자의 다이오드와 전기 저항을 결합하여 게이트, 또는 게이트, 비(非) 게이트 등 기본 로직을 실현하고, 전체 금속 나노 입자 반가산기(semi adder)의 로직 송출을 실현하였음.

반도체 트랜지스터와 달리 금속 나노 입자 디바이스는 고 전압 정전기(10kV)의 손상에 저항하여 전자 디바이스로 하여금 비교적 높은 안정성을 유지 할 수 있도록 하는 것으로 나타났음.

리티에후(李鐵虎, 이철호) 교수는 중국 시베이(西北, 서북) 공업 대학교 재료 대학 "특종(特種) 소재 과제 팀" 담당자이며, "산시성(陝西省, 섬서성) 그래핀 신형 탄(炭) 소재 및 응용 공정 실험실" 랩장을 맡고 있으며, "특종(特種) 소재 과제 팀"은 장기간 "신형 탄(炭)-흑연 및 복합 소재 기초연구 및 응용연구"를 수행한 상황이며, 그래핀 및 복합 소재 제조 공법, 성능 및 응용에 대해 심층적이고 계통적인 연구를 수행해옴.

본 연구 성과는 ‘Nature Electronics’ ("Transistors and logic circuits based on metal nanoparticles and ionic gradients")에 게재됨.