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상용화가 가능한 탄소나노튜브 박막 트랜지스터 개발 / 최성진(전자공학부)교수
- 작성자 조영문
- 작성일 14.06.18
- 조회수 12046
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국민대학교 전자정보통신대학 전자공학부 최성진 교수(반도체 소자 및 집적회로 연구실 SiLK, 김동명, 김대환, 최성진 교수 공동 연구실)는 UC 버클리 공대의 Jeffrey bokor 교수, KAIST의 최양규 교수와의 협력 연구를 통해 ‘상용화’가 가능한 탄소나노튜브 (carbon nanotube) 박막 트랜지스터 (thin-film transistor)를 제작 기술을 개발했다. 최성진 교수의 이번 연구는 전기적/기계적 특성이 매우 월등한 탄소나노튜브에서 반도체 트랜지스터의 채널 물질로 사용하는데에 문제였던 금속성 탄소나노튜브 완전히 제거하고, 반도체성 탄소나노튜브만을 정제하여 박막 트랜지스터의 채널로 사용하였다. 미국의 NanoIntegris 회사와의 협력 연구을 통해 탄소나노튜브 용액의 반도체성 함량을 99.9%까지 올리고 이를 반도체 트랜지스터의 채널 물질로 사용하여 박막 트랜지스터를 개발했다.
박막 트랜지스터의 기존 연구는 비정질 실리콘, 금속산화물, 고분자물질등을 반도체 트랜지스터의 채널에 사용하여 전하 전송 캐리어의 이동도(mobility)를 높이는 시도를 해왔다. 탄소나노튜브의 경우 그 이동도가 다른 물질에 비해 매우 월등하며, 기계적 강도 또한 매우 우수해 차세대 플렉서블 디스플레이 및 센서에 사용되는 반도체 트랜지스터의 채널 물질로서 각광을 받아왔다. 하지만 탄소나노튜브 성장시 발생하는 금속성 탄소나노튜브와 제작된 반도체 트랜지스터의 비균일한 전기적 특성으로 인해 상용화에 어려움이 있었다.
최성진 교수의 이번 연구에서는 기존의 문제시 되었던 금속성 탄소나노튜브를 심도있는 밀도 구배 원심법 (density gradient ultracentrifugation)을 통해 완벽히 제거하고 반도체성 탄소나노튜브의 함량을 99.9%까지 끌어올려 상용화에 필요한 기술을 획득하였다. 이를 통해 제작된 탄소나노튜브 박막 트랜지스터의 전기적 특성은 기존 박막 트랜지스터에 사용되는 타물질에 비해 매우 월등함을 보였으며, 그물 구조 (network)의 탄소나노튜브 채널을 제작하여 전기적 특성이 매우 균일한 박막 트랜지스터 제작 기술을 개발하였다. 최성진 교수는 “개발된 기술을 통해 높은 전류 구동력, 높은 기계적 강도 및 강한 열적 내성을 지닌 탄소나노튜브 박막형 트랜지스터 상용화에 근접하게 될 것으로 예상되고, 또한 상온에서 제작이 가능한 장점을 살려 다양한 응용처가 개발될 것으로 예상된다”고 밝혔다.
현재 최성진 교수 연구팀은 한국연구재단의 신진연구와 BK21플러스 지원을 받아 탄소나노튜브 기반의 저비용/고성능 바이오 센서, 압력 센서, 가스 센서 등을 개발 중에 있으며, 탄소나노튜브 기반의 반도체 소자 제작 기술은 American Chemical Society의 ACS nano (impact factor: 12.062)와 American Institute of Physics의 Applied Physics Letter (impact factor: 3.794)등에 보고되었다.
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