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중국 난팡(南方, 남방) 과학기술 대학교 전자 및 전기 공학부 천샤오룽(陳曉龍, 진효룡) 교수 연구팀은 최근 최초로 그래핀 양자 커패시터에 기반하여 전기조절(Electrically adjustable)이 가능한 공진회로(Resonant circuit)를 실현하는데 성공함.

전기조절(Electrically adjustable)이 가능한 공진회로(Resonant circuit)는 전자회로 시스템에 폭넓게 응용되고 있으며, 현재 메인 스트림의 전기조절이 가능한 공진회로 기술은 마이크로 전자 기계 시스템(Micro electro mechanical system, MEMS)과 반도체 가변 용량 다이오드(Semiconductor varactor diode)에 기반한 기술에 속함.

마이크로 전자 기계 시스템(MEMS)은 칩에서 차지하는 면적이 비교적 크고 가공 공법과 패키지 기술이 복잡한 동시에 에너지 소모가 비교적 큼. 또한, 반도체 가변 용량 다이오드(Semiconductor varactor diode)는 조절 가능한 범위가 제한을 받고 있음.

차지하는 면적과 에너지 소모가 작고, 조절 범위가 큰 신형 커패시터 개발은 칩 집적도를 향상시키는 면에서 중요한 추진 역할을 발휘하게 될 것으로 전망됨.

연구팀은 단일 층 그래핀 소재에 기반하여 신형 양자 커패시터를 개발한 동시에 전기조절(Electrically adjustable)이 가능한 공진회로(Resonant circuit)를 개발하고, 2V 게이트 제어 전압 하에서 커패시터의 50% 변화와 20% 공진 주파수 변화를 실현함.

연구팀은 또한 모델 이론 구축을 통해 그래핀 양자 커패시터의 작업 극한을 예측하였는데 구체적으로 0.3V의 초저(超低) 게이트 제어 전압 하에서 700%의 커패시터 값 변조와 200%의 공진 주파수 변조를 실현할 수 있다는 점을 예측하였음.

이번 연구를 통해 그래핀 양자 커패시터를 개발하는데 성공함으로써 전기조절(Electrically adjustable)이 가능한 공진회로(Resonant circuit) 연구와 응용을 위해 폭넓은 응용 전망을 보유한 플랫폼을 제공하였음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Electronic Materials’ ("A Tunable Resonant Circuit Based on Graphene Quantum Capacitor")에 게재됨.