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NEW 물리학과 안영환 교수팀, 나노소자 내의 전하 움직임 관측 성공
- 2014-11-26
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<1차원 나노구조내에서 흐르고 있는 전하를 측정하고 있는 현미경 모식도>
안영환(물리학과, 에너지시스템학과) 교수팀이 세계 최초로 ‘초고속 광전 현미경’을 개발해 탄소나노튜브, 실리콘나노와이어와 같은 1차원 나노소자 내의 전하 움직임을 포착, 기록해내는데 성공했다.
지금까지 마이크로 두께의 구조체 내에서 전하속도를 관측하는 장비와 연구는 있어왔지만 안영환 교수팀의 성과처럼 나노 크기의 반도체 소자내에서 움직이는 전하를 관측한 것은 이번이 처음이며, 관련된 후속 연구에도 유용한 자료가 될 것으로 전망된다.
컴퓨터를 비롯한 전자기기를 구성하는 반도체 소자(트랜지스터, 다이오드 등)는 전하의 흐름을 기초로 하고 있지만 그 속도가 빛의 백분의 일 수준에 이를 정도로 빨라 자체 속도는 물론 고주파 응답 특성을 알아내는 것도 매우 어려웠다. 안 교수팀은 이번 연구를 위해 과거 자체 개발했던 ‘나노 광전류 현미경’에 펨토초(1천조분의 1초) 레이저 기반의 분광학 기술을 접목시켜 새로운 기능의 초고속 광전 현미경을 개발했다.
이 현미경으로 반도체 나노소자에서의 전하 움직임을 펨토초 시간 단위로 관측해냈다. 또한 두 전극 사이를 가로지르는 전하의 통과시간, 다양한 조건에 따른 전하의 속도변화 그리고 차세대 전자소자 플랫폼으로 주목받고 있는 탄소나노튜브 트랜지스터에서의 전하 움직임 등도 모두 성공적으로 관측해냈다.
이번 연구 성과에 대해 안영환 교수는 “발열이나 전력소모 등의 기술적 문제만 해결된다는 가정 하에 GHz 수준에 머무르고 있는 컴퓨터 속도를 THz 수준으로 발전시키려면 전하의 움직이는 속도와 반도체 내의 통과시간 등을 정확히 알아야 하는데, 이번 연구가 그 밑거름이 될 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구결과는 나노과학 분야의 세계적 학술지인 “ACS NANO” 온라인판에 지난 10월 “Imaging Ultrafast Carrier Transport in Nanoscale Field-Effect Transistors”으로 게재되었다. ACS NANO는 2013년 인용지수 12.033을 기록한바 있다. 논문의 연구과정은 제1저자인 박사과정의 손병희 씨와 같은 과정의 박재구 씨가 참여했으며 공동연구자로 이순일, 박지용 교수가 참여하는 등, 모두 우리학교 물리학과 구성원으로만 이루어졌다.
관련기사 : 동아사이언스(2014.11.25)