전기전자 차세대 전자장치의 새로운 시대를 여는 단일 분자 다이오드

2014.10.14 20:41

졸리운_곰 조회 수:289

차세대 전자장치의 새로운 시대를 여는 단일 분자 다이오드

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2014090367&service_code=03
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-09-15




벨기에와 미국 연구진은 지속 가능한 소형 전자장치의 새로운 시대를 열 수 있는 단일 분자 다이오드를 개발하는데 성공했다. 새롭게 합성된 분자는 뛰어난 전기적 특성을 가진다. 루뱅 카톨릭 대학(Université catholique de Louvain)과 스탠포드 대학(Stanford University California)의 연구진은 이 연구결과를 저널 Nature Communications에 게재했다.

전자장치의 경우에, 소형화에 대한 요구로 인해서 장치가 점점 더 작아지고 더 효율적으로 되는 방향으로 변화되고 있다. 그러나 실리콘은 전자장치의 혁신을 불러왔던 대부분의 장치들의 기본 구성요소이지만, 물리적 한계에 도달하기 시작했다. 실리콘 시스템을 점점 더 작게 할수록, 제어하기가 점점 더 어려워진다. 이것은 과학자들이 소형화에 적합한 대안 물질을 조사하게 했다.

이런 문제를 해결할 수 있는 한 가지 대안은 분자 전자장치이다. 화학, 전자공학, 재료과학의 유기적인 조합으로, 이 연구 영역은 분자(특히, 유기 분자)가 특정 전기적 특성을 가지게 할 수 있었다. 이와 같이, 한 개의 단일 분자는 트랜지스터 또는 다이오드와 같은 전자 부품으로 사용될 수 있을 것이다.

루뱅 가톨릭 대학에 의해서 수행되고 있는 프로젝트 TINTIN과 Graphene StressTronics의 일환으로, 새로운 유형의 전자장치들이 새롭거나 향상된 특성을 가지도록 새로운 분자들 또는 하이브리드 조립체로 만들어진 구조체가 개발되었다. 스탠포드 대학의 협력으로, 이번 연구팀은 두 종류의 탄소 유형(플러렌과 다이아몬드의 나노집합체)으로 새롭게 합성된 분자의 전기적 특성을 이해하고 조사할 수 있었다.

이 연구는 이런 분자가 뛰어난 전기적 특성들을 가진다는 것을 보여주었다. 이런 분자는 전력이 한 방향으로만 전도될 수 있게 한다. 이것은 다이오드와 반대로 작동하고 분자 크기(단지 몇 나노미터)를 가진다. 이런 측정은 Sorin Melinte 교수의 참여로 수행되었고, 원자 조작 기술 덕분에 가능하게 되었다. 원자 조작 기술은 스탠포드 대학의 연구진이 현재 전 세계에서 가장 선두 그룹을 이루고 있다. 이것은 한 개의 단일 분자를 통해서 전력을 전도하는데 주사 터널링 현미경을 사용하기 때문에 가능했다.

이런 분자의 매우 유망한 전기적 특성의 발견 이후로, 이번 연구팀은 전력이 분자의 한 개의 방향으로만 전도되고 반대 방향으로는 전도되지 않는지를 이해할 수 있도록 이런 특성들을 모델링했다. 양자 역학을 기반으로 하는 디지털 시뮬레이션 기술들은 이론적인 관점에서 이런 현상을 이해할 수 있게 했다. Andres Botello-Mendez 박사에 의해서 정교화된 이런 모델링은 이런 유형의 분자들의 전기적 거동을 예측하는데 사용될 수 있을 것이다.

이 연구결과의 장기적인 목표는 차세대 컴퓨터, 태블릿, 기타 전자장치의 소형화뿐만 아니라 유기 분자들을 기반으로 하는 ‘녹색’ 장치를 개발하는 것이다. 이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “Unconventional molecule-resolved current rectification in diamondoid–fullerene hybrids” 라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1038/ncomms5877).
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그림 1. Dia-C60의 에너지 다이어그램.


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그림 2. Dia-C60의 구조를 보여주는 STM 이미지.                

         
자료를 가져가실 때에는 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』을 밝혀 주시기 바랍니다.






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