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온도 낮춰 반도체 부품 원가 낮춘다?


이번주 ‘사이언스’는 실리콘 기판 위에 막대 모양으로 자란 게르마늄 결정을 표지로 선택했다. 이 게르마늄 결정은 0.008mm 높이로, 에피택시얼 성장 방식을 이용해 만들어졌다. 이 방식은 기판 위에 결정을 축에 따라 성장시켜 얇은 막으로 자라게 하는 방법으로, 초고속 트랜지스터를 만들 때 많이 쓰인다.

스위스연방공대 고체물리연구실의 클라우디 팔룹 박사팀은 기존보다 절반 가까이 낮은 온도에서 게르마늄 결정을 성장시킬 수 있는 방법을 개발했다.

연구진은 결정 성장에 필요한 온도를 415~585도로 낮춰 게르마늄 결정을 성장시키는 데 성공했다. 이렇게 만든 막은 높이가 0.008mm에 불과하지만 기존 방법으로 만든 막과 비교해도 휘거나 깨지지 않았다.

지금까지 게르마늄 결정을 축에 따라 성장시키려면 900~950도나 되는 높은 온도가 필요했다. 또 이렇게 성장시킨 게르마늄 막은 높이가 0.027mm 정도였지만 잘 휘어지거나 깨진다는 단점이 있었다.

연구진은 “온도를 낮춘 만큼 비용을 절감할 수 있어 앞으로 더 저렴한 실리콘 기판으로 태양전지나 반도체 부품을 만들 수 있을 것”이라고 의의를 설명했다.





‘네이처’ 표지는 그래핀에서 나타나는 독특한 에너지의 흐름을 3차원으로 나타낸 그림이 장식했다. 그래핀 내에서 서로 인접한 2개의 탄소 원자가 전하의 종류가 바뀌는 ‘디락 점’을 기준으로 만들어내는 에너지 밴드를 임의로 조절한 것이다.

그래핀은 두께가 탄소 원자 1개에 불과한 아주 얇은 분자판이어서, 이보다 더 두꺼운 탄소 박막에서는 볼 수 없는 독특한 전기적 성질이 나타난다. 대표적인 예로 그래핀 안에서 전자는 질량이 0에 가깝고 빛의 속도로 이동할 수 있어 ‘디락 페르미온’이라고 불리는 상대론적 입자처럼 움직인다.

전자의 이런 특성 때문에 그래핀은 뛰어난 전도성 물질로 주목을 받았다. 하지만 실제 디지털 장치로 사용하려면 On/Off 특성이 나타나도록 전자를 제어하는 방법이 필요했다.

스위스 양자전자공학연구소의 레티샤 타? 박사팀은 절대온도 0도(섭씨 영하 273.15도)에 가까운 온도에서 ‘초저온 가스’를 이용해 디락 점을 만들고 떨어뜨리며 융합시킬 수도 있다는 사실을 발견했다.

연구진은 앞으로 그래핀과 같은 응축물질의 물리학을 탐구할 수 있는 새로운 시스템으로 활용할 수 있을 것이라고 설명했다.

 

 



이재웅 기자 ilju2@donga.com
오가희 기자 solea@donga.com

 

 




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