전자 디바이스를 위한 나노 구조 금속 코팅

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-12-15

미국 일리노이주 어바나 샴페인에 위치한 일리노이 대학의 연구진은 나노반사 표면을 만들어 낼 수 있는 쇠살대 패턴의 금속 박막층으로 에칭된 나노기둥 어레이를 제작하였다. 이 어레이는 전자 디바이스 성능을 향상시킬 수 있을 것이다. LED, 태양전지 및 센서와 같은 디바이스에서 빛과 전기는 매우 중요한 역할을 한다. 미국 어바나 샴페인 대학의 연구진에 의해서 개발된 반반사 코팅은 전류 흐름을 방해하지 않고 빛을 통하게 하는 것으로써 그와 같은 디바이스의 효율을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 보인다. 이런 코팅은 특별히 제작되어 나노구조 박막이 더 많은 빛을 통과시킬 수 있도록 한다. 그 결과 전기를 빛으로 변환시키는 광전 디바이스에서 핵심적인 역할을 하는 기저의 물질로 전기적 접속이 가능해지는 것이다. 물질에 전기 및 광학 접근을 향상시킬 수 있는 능력은 고효율 광전 디바이스를 위한 중요한 단계라고 연구진은 말하였다. 그와 같은 반도체와 공기의 두 물질 사이의 경계면에서, 일부 빛은 항상 반사된다고 연구진은 말하였다. 이것은 광전자 디바이스의 효율을 제한한다. 만약에 빛이 반도체에서 방출된다면, 이런 빛의 일부는 결코 반도체 물질에서 벗어나지 못할 것이다. 레이저 또는 태양 전지의 경우, 일부 빛은 검출기에 검출되지 못할 것이며 전기적 신호로 변환된다. 연구진은 프레넬 방정식이라고 불리는 모델을 이용하여 두 물질 사이의 경계면에서 투과와 반사를 기술할 수 있었다. 물질의 표면을 재구성하여 빛의 투과를 향상시킬 수 있다고 연구진은 말하였다. 그와 같은 구조 중에서, 더 흥미로운 것 중의 하나는 자연에서 발견되는 것과 유사하며 이것은 모기의 눈 패턴으로 일컬어진다. 이것은 미세한 나노 기둥으로 이루어졌으며 특정한 주파수와 각도에서 특이한 거동을 한다. 비록 이와 같은 패턴의 표면은 빛 투과를 향상시키지만, 그것은 전기 송신을 방해하여 아래에 있는 전자 물질에 전기 전달을 방해하는 장벽을 만들게 된다. 대부분의 경우 전도 물질을 표면에 더하는 것은 흡수 및 반사를 야기한다. 이 두 현상은 모두 디바이스 성능을 떨어뜨리는 역할을 한다. 이들 연구진은 MacEtch 방법을 이용하여 금속 박막 패턴을 반도체에 새겨 금속 박막 위에 미세한 나노기둥 어레이를 제작하였다. 이런 나노기둥과 금속 박막은 반도체의 성능을 향상시키는 부분적으로 코팅된 물질을 만들어 내었다. 나노기둥은 광송신을 향상시키고 금속 박막은 전기 접촉을 제공한다. 놀랍게도, 이들 연구진은 그들의 광학적 송신과 전기 접속을 동시에 향상시킬 수 있었다고 말하였다. 이들 연구진은 그들의 기술이 약 90%의 빛을 송신할 수 있게 하였다고 말하였다. 패턴화되지 않은 일반 표면과 비교하기 위해서 금속을 가지지 않은 일반 표면의 경우를 예를 들면, 단지 70%의 빛만을 송신하며 전기적 접촉도 제공하지 않는다. 이들 연구진은 또한 금속 박막의 크기를 변경시킴으로써 물질의 광학적 특성을 조율할 수 있었으며 그것이 반도체에서 얼마나 깊이 에칭할 수 있는지를 조율할 수 있다는 것을 시연하였다. 이들 연구진은 이런 나노구조 박막과 광전자 디바이스의 통합으로 그들이 동시에 가시광선에서 극적외선에 이르기까지 모든 파장에서 작동하는 디바이스의 광학적 특성 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있다는 것을 시연하고자 하고 있다. 이들의 연구 결과는 "Enhanced Optical Transmission Through MacEtch-Fabricated Buried Metal Gratings"라는 Advanced Materials 저널에 발표되었다. 첨부그림: 전자 디바이스 성능을 향상시킬 수 있는 비반사 표면을 생성하는 패턴화된 금속 박막층에 의해서 에칭된 나노기둥 어레이. 4-nanostructur.jpg http://phys.org/news/2015-12-nanostructured-metal-coatings-electronic-devices.html