나노기술 및 정책 정보

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KAUST (King Abdullah University of Science and Technology) 연구팀이 단결정 TMD 나노 리본의 에피택시얼 성장 프로세스를 발견함.

반도체 제조업체는 이 기술을 이용하여 전이금속 디칼코게나이드(TMD)와 같은 2차원 재료에 더 많은 관심을 기울이고 있음. 트랜지스터 설계의 새로운 트렌드는 구성 요소를 서로 겹쳐 쌓는 공간 절약형 아키텍처와 관련이 있기 때문임. 에피택시얼 TMD는 이러한 시스템에 대한 응용 잠재력이 높음. 이는 전기적, 광학적 및 자기적 특성을 가진 나노 리본으로 알려진 얇은 시트로 쉽게 형성되기 때문임. 그러나 포토 리소그래피와 같은 일반적인 반도체 공정은 트랜지스터의 성능에 적합한 품질의 TMD를 생산하기 위해 복잡한 공정을 필요로 함. 미국, 벨기에, 대만과의 국제공동연구를 통해 연구팀은 표면 템플릿에 직접 TMD 단경정 성장을 시키는 대안적인 접근 방식을 개발하고 있음. 고해상도 전자현미경으로 후보를 탐색하는 동안 연구원 Areej Aljarb는 갈륨 트리 옥사이드 (Ga2O3)라는 반도체에서 특이한 점을 발견했음. 끈적 끈적한 테이프를 사용하여 벗겨낸 물질의 얇은 층에서, 그녀는 전체 Ga2O3 표면을 따라 스텝이 진 선반과 같은 좁은 테라스의 배열을 발견함. 계단은 매우 가파르고 깨끗하게 노출되어 있음. 그리고 이 스텝 근처에 위치한 원자는 비대칭 구조를 가지고 있기 때문에 특정 방향으로 성장을 유도할 수 있음. 연구팀이 Ga2O3 표면을 몰리브덴과 황 가스의 혼합물에 노출시켰을 때 TMD 나노리본이 실질적으로 결함이 없는 구조를 가진 선반을 따라 세로로 결정화되는 것을 관찰했음. 수십 년 동안 과학자들은 절연체에서 2D 단결정 반도체를 성장시키려고 노력해 왔으며 이 연구는 기판의 스텝을 제어하는 ​​것이 핵심이라는 것을 보여줌.

흥미롭게도 TMD 나노리본은 손상없이 분리되어 다른 기판으로 옮길 수 있음. ledge-directed growth 기술의 잠재적인 응용을 탐구하기 위해 국제 그룹은 Ga2O3 템플릿에서 나노리본을 통합할 수 있는 트랜지스터를 설계하기 위해 협력했음. 전자적 물성 측정은 새로운 트랜지스터가 고속으로 작동할 수 있으며 보다 노동 집약적인 기술을 통해 만들어진 TMD 재료와 유사한 증폭 계수를 가지고 있음을 보여주었음. 나노리본은 약한 물리적 상호작용을 통하여 스텝을 따라 성장하여 제자리에 머물러 있음. 즉, TMD와 기본 Ga2O3 기판 사이에 화학 결합이 형성되지 않고 있음. 이 독특한 기능을 통해 트랜지스터, 센서, 인공 근육 및 원자 적으로 얇은 광전지에 이르기까지 많은 응용 분야에서 나노리본을 외부 기판으로 옮길 수 있음.

본 연구 성과는 ‘Nature Materials’ (“Ledge-directed epitaxy of continuously self-aligned single-crystalline nanoribbons of transition metal dichalcogenides”) 지에 게재됨