나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 상하이(上海) 마이크로 시스템 및 정보기술 연구소 산하 "정보기능 소재 국가 중점 실험실" 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 Ⅳ족 GeSn 나노 와이어 성장 제조 및 광전기 탐사 측정 응용을 추진하는 연구에서 혁신성과를 취득하여 이슈가 되고 있음.

Ⅲ-Ⅴ 소재는 일반적으로 우수한 광전기 특성을 보유하고 있는 상황이지만 Si기 CMOS 공법과 호환되지 않는 문제점이 존재하고 있기 때문에 Ⅳ족 소재의 광전기 응용 잠재력을 발굴해야 하는 필요성이 존재하고 있는 상황임.

현재 GeSn 필름 구조에 기반 한 광전기 검출 관련 연구개발 성과들은 보도되고 있지만 GeSn 필름과 Ge 완충 층 사이에는 비교적 큰 결정격자가 일치하지 않는 상황이 존재하여 GeSn 필름 결정체 품질에 심각한 영향을 끼치고 있기 때문에 비교적 큰 광전기 검출 디바이스 암 전류(dark current)를 생성시켜 저 전력 소모(low power consumption) 응용 수요에 영향을 끼치고 있는 상황임.

연구팀은 분자 빔 외연 기술을 이용하여 대 면적, 고 밀도, 높은 길이와 폭 비례를 보유한 Ge 나노 와이어를 개발하고, 동 Ge 나노 와이어를 템플릿으로 사용하고 2차 침적 방법을 이용하여 Sn 그룹이 ~10% 수준에 도달하는 GeSn/Ge 이중 층 나노 와이어 구조를 취득하는데 성공하였음.

나노 와이어는 플렉시블 특성을 보유하고 있는 동시에 극히 높은 비표면적을 보유하고 있는데 연구팀은 탄성 형태 변화 방식을 통해 독자적으로 이완 방출을 실행하는 GeSn/Ge 간의 결정격자 불일치 상황을 도입한 응력을 이용하여 GeSn/Ge 인터페이스 위치에서의 결함 형성을 효과적으로 억제시키는데 성공하였음.

GeSn/Ge는 비교적 좁은 밴드 갭 폭을 보유하고 있기 때문에 GeSn/Ge 이중 층 나노 와이어에 기반 한 광전기 검출 디바이스는 Ge 나노 와이어 광전기 검출 디바이스에 비해 더욱 긴 탐사 측정 파장을 보유하고 있으며 2μm 이상 수준까지 연장할 수 있는 것으로 나타났음.

좁은 밴드 갭 GeSn이 발생시키는 암 전류를 증가시키기 위해 연구팀은 철전 특성을 보유하고 있는 P(VDF-TrFE) 이온 겔을 게이트 유전체로 도입하고, 측면 게이트에 대한 조정 제어를 통해 GeSn/Ge 이중 층 나노 와이어 광전기 검출 디바이스의 암 전류와 정지 상태 전력 소모를 대폭 감소시키고, 긴 파장과 낮은 암 전류를 보유하고 있는 광전기 검출을 실현하였음.

연구팀이 이번 연구를 통해 취득한 성과는 광전기 검출 연구 분야에서의 Ⅳ족 소재 나노 와이어 구조 응용을 확장하는 면에서 중요한 의미를 보유하고 있음.

본 연구 성과는 ‘Nano Letters’ ("Ferroelectric Enhanced Performance of a GeSn/Ge Dual-Nanowire Photodetector")지에 게재됨.