더 강력한 전자 부품을 위한 실리콘 게르마늄 나노와이어

KISTI 『글로벌동향브리핑』 2009-12-13

마이크로 칩 제조 업체들은 모든 현대 전자 장치의 핵심 소자인 트랜지스터를 소형화하려는 도전에 직면해 왔었고 이것은 전자 신호를 증폭시키고 변환시키는 데 사용되어 왔다. 현재, IBM, Purdue 대학 그리고 UCLA Samueli School 공학 및 응용과학 연구원들은 차세대 트랜지스터의 잠재적인 사용을 위한 실리콘 게르마늄 반도체 나노와이어의 연구를 성공적으로 수행해오고 있다. UCLA 재료 과학 및 공학 교수이자 공동 저자인 Suneel Kodambaka에 따르면 직경이 수십 나노미터에서 수백 나노미터로 측정되는 이들 나노와이어는 작고, 더 빠르고 강력한 전자 제품의 발전 속도를 도울 수 있을 것이라고 한다. 이들의 연구는 11월 27일 ‘사이언스’에 실였다. “우리는 두 가지 이유에 대해 흥분하고 있다"고 IBM 나노크기 재료 분석 부서의 매니저이자 이 연구의 공동 저자인 Frances Ross가 말했다. "하나는 어떤 나노 와이어가 발전할 수 있는지에 대한 연구과정중 기초 물리학 지식을 넓힌 것이고 또 하나는 고성능 전자 장비 내에서 나노 와이어 사용에 관한 향상된 전망 때문이다. 나노 와이어는 매우 작아서 사실상 어떤 곳에도 장착할 수 있다. 나오 와이어의 크기는 작기 때문에, 큰 덩치 부품들에 비해서 엄연히 다른 속성들을 가진다.”라고 Kodambaka가 말했다. 연구팀은 그들이 다른 재료 층을 가진 나노 와이어를 만들 수 있다는 것을 보여주었는데, 특히 작은 구조로 이루어진 효율적인 트랜지스터를 만드는데 중요한 요구 사항인 결함이 없고 원자적 접합 시 실리콘과 게르마늄이 정각이 되어야 한다. 두 층이 서로 날카롭게 접합될 수록-보통 단원자 또는 단원자에 근접할 정도의 두께로-전자적 특성도 더 뛰어나다. "우리는 이 연구가 나노 와이어 내의 경계면 정각 문제에 해결책을 제공하기 때문에 중요하다고 생각하며 나노 와이어의 발전에도 중요하다고 생각한다.”라고 Ross가 말했다. Kodambaka에 따르면, 실리콘 게르마늄 나노 구조는 전기로 변환되는 열전 응용도 또한 가지고 있다고 한다. "Jet Propulsion Laboratory는 그들의 인공위성 전력을 위하여 대량의 실리콘- 게르마늄을 사용하는데 자동차 산업에도 비슷한 기술을 사용하려는 많은 관심이 있다. 이러한 나노 와이어는 전자 제품을 포함한 많은 분유에서 큰 잠재력을 가지고 있다.”라고 Kodambaka이 말했다. 실리콘-게르마늄 나노 와이어를 성장시키기 위해서는, 금-알루미늄 합금의 작은 입자를 우선 섭씨 370도 이상 온도에서 가열하고 진공 챔버 내부에서 녹인다. 실리콘이 포함된 가스가 챔버 내에 주입되면 실리콘은 응결되어 작은 방울 아래 와이어를 형성한다. 게르마늄이 함유된 가스는 게르마늄 와이어를 형성하는 데 사용된다. "눈 폭풍이 오는 동안 얼음 결정이나 수증기로부터 얼음이 만들어지는 것을 생각해 보라. 당신은 평면 필름 조각이나 눈송이를 얻는 대신에 좋은 조건에서 전선 더미를 얻을 수 있다. 하지만 수증기 대신, 우리는 실리콘 와이어를 얻기 위해 실리콘 증기를 도입했다. 도전은 각 와이어 내의 실리콘과 게르마늄 사이에 날카로운 경계면을 만들어 내는 일이었다. 그래서 우리는 그것들이 응고될 때까지 액체 방울을 냉각시켰다. 이것은 합금에서 초과 실리콘을 제거할 수 있게 하였다. 그리고 게르마늄 와이어 조각들이 게르마늄 증기의 도입과 함께 실리콘 위에서 성장할 수 있었고 경계면이 날카롭게 형성됐다.”라고 Kodambaka가 말했다. 다음 단계는 현미경 밑의 좁은 공간 대신에 기존의 성장 반응로 내의 넓은 영역에서 같은 구조를 성장시키는 것이다. "이것은 IBM에 있는 동료가 와이어를 소자로 만들게 하고 그들의 전자 속성을 측정하도록 한다. 물론, 우리는 그 속성들이 기존의 나노 와이어와 비교해서 개선되었기를 희망한다. 그리고 만약 이것이 가능하다면, 우리는 새로운 장치로 눈을 돌리고 다른 금속 합금을 시도하여 어떤 것이 최고의 장비를 만들 수 있는지 결정할 것이다.”라고 Ross는 말했다. 출처 : http://www.physorg.com/news179590555.html