빛으로 전류 제어하는 나노선 트랜지스터 소자 만드는 새로운 길 열렸다

박홍규 교수, Nano Letters 논문 게재

▲ 왼쪽부터 이번 연구에 참여한 박홍규 교수,  김정길 연구교수, 김하림 박사과정생

KU-KIST 융합대학원 및 물리학과 박홍규 교수 연구팀은 빛으로 전류를 제어할 수 있는 나노선 트랜지스터 소자를 만드는 새로운 제작 공정을 개발했다. 이번 연구 결과는 지난 1월 24일 세계적인 학술지인 Nano Letters (IF: 12.080) 에 출판됐다.

- 저자정보: 박홍규 (교신저자, 고려대학교), 김정길 (공동1저자, 고려대학교), 김하림 (공동1저자, 고려대학교)

- 논문명 : Photon-Triggered Current Generation in Chemically-Synthesized Silicon Nanowires. Nano Letters 19, 1269-1274 (2019).

박홍규 교수 연구팀은 다공성 실리콘을 단결정 실리콘 나노선에 삽입하여 빛으로만 전류를 제어할 수 있는 나노선 트랜지스터 소자를 세계 최초로 개발한 바 있다 (Nature Nanotechnology 12, 963-968 (2017)). 하지만 이전 연구에서 사용된 나노선 제작 공정은 다공성 실리콘의 길이, 위치 및 삽입 개수를 조절하는 것이 어려웠던 단점이 있었다.  연구팀은 이러한 단점을 개선하고 소자의 활용도를 높이기 위해, 표면이 극도로 매끄러운 bottom-up 실리콘 나노선을 이용한 나노선 트랜지스터를 개발하는 기술을 새롭게 개발했다. 기판 위에 분산된 실리콘 나노선에 전자빔 리쏘그라피와 두 단계의 금속 촉매 화학 식각 방법을 이용해 나노선의 원하는 위치에 원하는 길이만큼 다공성 실리콘을 삽입할 수 있었다.

새로운 제작 공정으로 만들어진 나노선을 이용하여 빛으로 동작하는 나노선 트랜지스터 소자를 구현했다. 빛의 세기를 바꿔가며 전류-전압 곡선을 측정한 결과, 소자에 빛이 쪼여지지 않을 때는 pA 이하의 매우 작은 전류가 흘렀으나, 빛이 쪼여질 때는 확연한 전류 증폭이 일어남을 확인했다. 이 결과를 확장하여 하나의 나노선에 9개의 다공성 실리콘을 삽입하여 고해상도의 1차원 광검출 시스템 또한 성공적으로 구현했다.

▲ (그림) 제작된 단일 채널 나노선 소자 및 빛을 쏘여 주면서 측정한 전류-전압 곡선)

연구팀은 이번 연구에서 개발된 나노선 제작 기술을 이용하면 매우 민감한 고해상도 카메라, 빛으로 빠르게 계산이 가능한 신개념의 컴퓨터 등을 보다 손쉽게 개발할 수 있을 것으로 기대했다.

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)