탄소 나노튜브로 알려진 작은 분자 원통들의 훌륭한 특성은 더 작고, 더 빠르며 더 값싼 전자소자들을 위한 회로를 구성하는 실리콘의 대체물질로 이용될 수 있기 때문에 수 년 동안 연구원들의 흥미를 자극했다.
나노튜브들은 원자 크기이며 단일 전자 스위치를 축소할 수 있는 물리적인 한계 근처까지 도달할 수 있다. 실리콘과 같이, 나노튜브들은 회로 보드에 기본적인 반도체 특성을 가질 수 있으며 빠르고 매우 조절가능한 전자 스위칭을 할 수 있다.
그러나, 탄소 나노튜브로 유용한 전자소자들을 만드는데 큰 장벽은 그 물질이 필름으로 배열될 때, 나노튜브들 중 특정 부분이 반도체이기 보다 금속에 더 가깝게 행동한다는 것이다. 이는 이 필름이 제기능을 하지 못하고 회로를 단락시켜 어떠한 잠재적인 전자소자의 기능들을 망쳐놓는 단점을 가지게 된다.
최근 일리노이스 대학 어바나 샴페인 교수 존 로저스 박사에 따르면, 순도가 100,000개의 나노튜브 중 하나를 의미하는 99.999 % 이하일 때 전자소자의 반도체 회로가 손상을 입을 수 있다.
최근 로저스 교수와 그의 연구팀은 값비싼 장비를 요구하지 않는 상대적으로 단순하고 확장가능한 과정을 이용하여 배열들에서 금속 탄소 나노튜브 만을 제거하는 방법을 개발했다. 그들의 발견은 AIP 퍼블리싱 Journal of Applied Physics에 게재되었다.
이 문제가 지난 10에서 15 년간 계속되어온 문제이지만, 얇은 필름 상에 좋은 밀도를 가진 탄소 나노튜브들의 균일하고 배열된 배열들을 만드는 문제는 최근 몇 개의 서로 다른 과학자 그룹들에 의해 대부분 해결되었다.
이제 해결되지 않고 남아있는 문제는 모든 튜브들이 금속적인 성질을 가지고 있지 않게 순도를 높이는 방법을 찾는 것이다. 쉽게 순도를 높일 수 있는 몇 가지 방법들이 존재하지만 유용한 전자소자들을 만드는데 필요한 정제 수준에는 아직 도달하지 못하고 있다. 최근 접근방법들은 적정한 수준의 순도를 제공하지만 대부분의 연구원들이 이 공정을 사용할 수 없게 값비싼 장비에 의존하고 있다.
연구팀은 금속 시트로 접촉한 배열된 나노튜브 시트의 상부에 직접 얇은 유기 물질 코팅을 증착할 수 있었다. 이후 금속 전도체인 나노튜브들을 통해 전류가 흐르지만 반도체인 나노튜브 벌크에는 흐르지 않도록 이 시트에 걸쳐 전류를 인가했다.
이 전류는 금속 나노튜브들 위의 유기 상부 코팅 내 트렌치를 열어 열적인 모세관 흐름을 만들 수 있을 만큼 작은 양으로 금속 나노튜브들을 가열했다. 보호되지 않는 금속 튜브들은 표준 벤치탑 장비를 이용하여 식각해 없앨 수 있고 이후 유기 상부 코팅은 세척해 낼 수 있다. 이 결과 금속 오염이 없는 반도체 나노튜브들로만 코팅된 웨이퍼가 남게 된다. 그들은 트랜지스터 배열을 만들어 이 웨이퍼를 시험했다.
만들어진 소자는 순수하게 반도체 특성에 기반한 온과 오프 스위치할 수 있었다고 로저스 박사가 말했다.
그림 설명: 금속 탄소 나노튜브의 적정 열처리로 인한 온도 변화가 얇은 유기 막 내 열모세관 흐름을 유도한다. 이 결과는 기본적으로 튜브를 가진 개방된 트렌치를 만든다.
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-04-13
