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나노반도체 전기전도도 획기적 향상




망간 이온(빨간색 점)을 집어 넣은 카드뮴셀레나이드의 핵(核)은 광학적 특성을 가져 밝은 오렌지색을 띤다(오른쪽). 반면 망간 이온을 집어넣지 않은 카드뮴셀레나이드는 아무런 색을 띠지 않는다(왼쪽).

 


서울대 현택환 교수팀 망간 이온 이용기술 개발


국내 연구진이 나노 반도체의 전기전도도를 획기적으로 끌어올릴 수 있는 기술을 개발했다.

이 기술을 이용하면 휘어지는 디스플레이를 비롯한 작고 얇은 미래형 디스플레이를 개발하기가 한층 쉬워진다. 태양전지나 발광다이오드(LED), 메모리 소자에도 활용할 수 있다.

서울대 화학생물공학부 현택환 교수는 15일 “나노 반도체의 전기전도도와 광학적 특성을 높일 수 있는 망간 이온을 나노 결정에 효과적으로 집어넣는 방법을 개발했다”고 밝혔다. 그간 망간 이온 같은 금속 이온을 나노 결정에 집어넣으면 나노 반도체의 성능이 향상된다는 사실은 알려져 있었지만 기술적으로 구현하기가 어려웠다. 나노 결정이 성장하면서 망간 이온과 쉽게 분리됐기 때문이다.

현 교수팀은 카드뮴 셀레나이드(CdSe)라는 반도체 나노 결정을 이용해 온도와 용매 등 반응 조건을 적절히 조절하는 방식으로 결정의 핵(核)에 망간 이온을 집어넣는 데 성공했다. 마치 먼지가 빗방울이나 눈송이의 핵 역할을 해 비나 눈을 만드는 것처럼 나노 결정의 핵 자체에 망간 이온을 넣은 뒤 이를 키워 나노 반도체로 만든 것이다.





연구팀은 이런 식으로 망간 이온이 10% 이상 포함된 반도체 나노 결정을 만드는 데 성공했다. 지금까지는 나노 결정을 성장시키는 중간에 망간 이온을 집어넣는 방식을 써왔다. 이 경우 망간 이온 함유율은 1%를 넘기 힘들었다.

현 교수는 “망간 이온은 전기전도도뿐 아니라 자성을 띠기 때문에 ‘나노 세계의 자석’으로 불린다”면서 “양자컴퓨터 재료로 사용할 수 있는 자성반도체 응용 가능성을 열었다는 점도 의미가 있다”고 설명했다.

이 연구결과는 재료공학 분야의 세계적 권위지인 ‘네이처 머티리얼스’ 16일자 온라인판에 실렸다.

 

 

 



이현경 동아사이언스 기자 uneasy75@donga.com



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