나노기술 및 정책 정보

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하 수송 메커니즘에 대한 연구는 신형 나노전자 디바이스를 디자인하고 개발하는 기반이 되고 있으며, 반도체 디바이스 속에서의 전자 신호와는 달리 생명체 내에서의 정보 처리는 복잡한 이온과 전자의 동시 참여에 기반하여 물질 수송 과정을 실행하게 됨.

때문에 이온 전하와 전자 전하 커플링 수송의 기본 법칙에 대한 해석은 두 가지 전하 사이의 상호 역할과 수송 과정에 대한 인공 조종 제어를 통해 나노전자 디바이스를 개발하는 면에서 중요한 과학적 의미, 혁신성과 응용 가치를 보유하고 있음.

중국과학원 산하 ‘국가 나노과학 센터’ 소속 ‘나노시스템 및 다단계 제조 중점 실험실’의 옌융(鄢勇, 언용) 연구원 연구팀은 전기를 띤 금속 나노입자 사용과 디바이스 구조 디자인 혁신을 결합하고, 나노 입자 필름 내의 이온과 전자 전하의 농도 계단식 분포를 통해 전통 반도체 pn 결합의 이중 층 구조와 유사한 금속 나노입자 트랜지스터(metal nanoparticles transistor)를 개발한 동시에 부정전극의 단일 층 구조를 보유한 금속 나노입자 정류 디바이스(Rectifying device)를 개발하는데 성공함.

최근 옌융(鄢勇, 언용) 연구원 연구팀은 중국 시베이(西北, 서북) 공업대학교 리티에후(李鐵虎, 이철호) 교수, 한국 울산과학기술원(UNIST) Bartosz Grzybowski 교수 연구팀과 공동 연구를 실행하고, 디바이스 구조에 대한 혁신을 한층 더 추진하여 일종 5전극 구조를 보유하고 있는 금속 나노입자 필름 트랜지스터를 디자인하고 개발함.

연구팀은 5전극 구조 중의 3개 게이트 전극의 고도 대칭을 이용하여 누(漏) 전류를 낮춘 동시에 탄소 소재 전극을 이용하여 뚜렷한 전하 농도 계단식 분포를 실현함. 트랜지스터의 송출 곡선과 이전 곡선에 대한 분석을 통해 게이트 전압은 소스 누(漏) 전극 사이의 출력을 효과적으로 조절할 수 있지만 이런 조절 현상은 전기를 띠지 않는 나노입자 필름 속에서는 관측되지 않으며, 디바이스의 성능은 채널의 사이즈를 감소시켜 최적화를 실현할 수 있음. 65μm 라인 폭 하에서 트랜지스터의 스위치 비례는 400 수준에 도달한다는 점을 입증하였음.

그 외, 연구팀은 이전 가능한 이온의 농도 분포(EDS)와 나노입자 필름의 표면 포텐셜(potential)(KFM)에 대한 모니터링을 실행한 동시에 이론 시뮬레이션(노스트-플랑크 방정식(Nernst–Plank equation)과 푸아송 방정식(Poisson Equation))을 통해 모든 실험 결과를 재현하였음.

연구팀은 관련 트랜지스터를 기반으로 비(非) 게이트를 구축하였으며, 나노 입자 다이오드와 전기 저항을 결합하여 게이트와, 혹은 게이트, 비(非) 게이트와 혹은 비(非) 게이트 등 기본 로직을 실현하였으며, 전체 금속 나노 입자 반(半) 가산기(Semi adder) 로직 송출의 집적 및 송출을 실현하였음.

연구팀은 ‘반도체 트랜지스터와 달리 금속 나노입자 디바이스는 고 전압 정전기(10kV)의 손상을 막을 수 있다는 점을 지적할 필요가 있다’고 강조하였음.

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