우수한 전자장치 개발을 위한 길을 여는 탄소 나노튜브

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-21

위스콘신대학교 매디슨캠퍼스(University of Wisconsin–Madison) 재료공학과 엔지니어들이 우수한 축전지 수명을 가진 고성능 전자장치와 수축과 인장이 가능한 능력을 가진 전자장치 창조를 위한 발전을 이루었다. 이 대학교 재료과학과 조교수인 미카엘 아놀드(Michael Arnold) 교수와 파드마 고팔란(Padma Gopalan) 교수가 지도하는 연구팀은 이전까지는 실증화되지 못한 가장 높은 수준의 성능을 가진 탄소 나노튜브 트랜지스터 실증화에 성공했다고 밝혔다. 우수한 소비자용 전자장치를 위한 길을 염과 동시에, 이 신기술은 산업용 및 군사용으로 특수하게 사용될 수 있을 것이다. [ACS Nano]에 발표된 연구논문에서, 아놀드(Arnold) 교수와 고팔란(Gopalan) 교수 그리고 그들의 학생들은 이전의 탄소 나노튜브 트랜지스터보다 온-오프율에서는 1,000배 그리고 컨덕턴스 측면에서는 100배 정도 우수한 트랜지스터 창조를 선언했다. "탄소 나노튜브는 매우 강력하고 플렉시블하기 때문에, 인장과 굽힘이 가능한 플렉시블한 디스플레이와 전자장치에 사용이 가능하여 의류와 같은 새로운 장소에 전자장치를 통합하는 것이 가능하다. 이 연구결과는 현재 많은 재료 제작회사가 사용 중인 약한 재료로서는 불가능한 새로운 형태의 전자장치 개발을 가능케 한다"고 아놀드(Arnold) 교수는 발표에서 말했다. 탄소 나노튜브는 튜브로 롤업된 단일 탄소 원자 시트이다. 이전까지 발견된 가장 전기전도도가 높은 물질 중 하나이기 때문에, 탄소 나노튜브는 차세대 트랜지스터를 위한 유망한 물질로 오랫동안 인식되어 왔다. 이 대학교에 의하면, 연구진들은 매우 중요한 프로세스인 순수한 반도체 성질의 탄소 나노튜브를 분리하기 위해 노력해왔는데, 그 이유는 금속 나노튜브의 불순함은 구리선같이 동작하고 장치로 사용하기에는 부적절하기 때문이다. 또한, 연구진들은 나노튜브의 배치와 배열 제어를 위해 노력해 왔다. 지금까지, 이 두 가지 도전적인 작업은 고성능 탄소 나노튜브 트랜지스터의 개발에 제한이 되어왔다. 20년 이상의 탄소 나노튜브 연구 분야에서의 경험을 토대로, 이 대학교 연구진들은 반도체 성질의 나노튜브를 선택적으로 분류하기 위해 폴리머를 사용하는 기술을 개발하여, 초고순도의 반도체 탄소 나노튜브 개발 솔루션을 제공하게 되었다. 나노튜브를 배열하기 위한 이전의 기술은 바람직하지 않은 충전 밀도(packing density)를 만들어낸다. 그런데, 이 대학교 연구진들은 새로운 기술 즉, 2014년에 [Langmuir]에 이전에 기술한 플로팅 증발 자기-조립(FESA, floating evaporative self-assembly) 기술을 검토했다. 그 연구과정에서, 연구진들은 탄소 나노튜브 용액을 급속하게 증발시킴으로써 자기-조립 현상을 검토했다. 또한, 연구팀의 가장 최신 연구결과는 컴퓨터 칩과 고주파수 통신장치에 사용되는 실리콘 트랜지스터를 대체하는 타당한 수단으로 탄소 나노튜브를 현실화시키기에 더욱 가까워졌는데, 이 분야는 물리적인 크기와 성능상의 제한 문제에 대한 해결로의 접근이다. "이것은 성능에서의 점차적인 증가를 의미하는 것이 아니다. 이 연구결과에를 통해, 우리는 탄소 나노튜브 트랜지스터 개발에 진정한 도약을 이루어 내었다. 우리가 개발한 탄소 나노튜브 트랜지스터는 현재 상업적으로 이용되고 있는 최고의 박막필름 트랜지스터보다 전도도면에서 배수 단위로 우수하면서도, 트랜지스터가 제 기능을 다하도록 세팅된 것처럼 스위치 온오프를 할 수 있다"고 아놀드(Arnold) 교수는 말했다. 연구진들은 위스콘신 졸업생 연구기금(Wisconsin Alumni Research Foundation)을 통해 이 기술에 대한 특허를 제출했고 이 기술의 산업화를 위한 속도를 높이기 위해 기업들과 협력을 시작했다. http://www.theengineer.co.uk/news/carbon-nanotube-transistors-pave-way-to-improved-electronics/1019726.article