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원자 수준에서 반도체성 물질과 금속 물질을 융합시킴으로써, 미래 반도체 전자기기의 기초를 다질 새로운 종류의 나노와이어 결정이 개발되었다. 본 연구는 코펜하겐대학(University of Copenhagen) 연구팀에 의해 수행되었으며, 초전도체 분야에 큰 기여를 할 것으로 기대되고 있다.

초소형 전자회로의 개발 및 품질은, 미래 컴퓨터 및 전자기기들이 어떻게 그리고 얼마나 잘 기능할지를 결정짓는 중요한 요소이다. 반도체 및 금속으로 구성된 새로운 재료는, 매우 낮은 온도에서 특수한 초전도성 성질을 보이며 미래 전자기기의 개발에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

이번에 개발된 재료는 반도체성 나노와이어와 전자 접점(electronic contact) 사이에 하이브리드로서 탄생하였다. 즉, 나노와이어와 초전도체의 완벽한 전환을 가능하게 하였다. 이 경우 초전도체는 알루미늄이다. 닐스 보어 연구소(Niels Bohr Institute )의 나노과학연구소에서 10년 이상 나노와이어 결정에 대해 연구해 온 Thomas Sand Jespersen 조교수에 따르면, 여기에는 큰 장점이 있다고 한다.

[나노와이어와 접점을 동시에 형성하다]

나노와이어는 매우 얇은 나노결정체로, 트랜지스터 및 태양전지와 같은 새로운 전자기기의 부품개발에 사용되고 있다. 나노와이어를 대상으로 하는 연구의 어려운 점의 하나는, 이런 나노와이어와 외부 세계를 연결하는 전기접점 사이에 좋은 전환이 이루어지도록 하는 것이다. 지금까지 닐스 보어 연구소를 포함한 전 세계의 연구소에서 나노와이어 및 접점을 각각 제조해 왔다. 그러나 본 연구에서는 접점의 품질과 재현성이 상당히 향상되었다.

원자는 나노와이어 결정 내의 완벽히 정렬된 격자 내에 위치해 있으며, 반도체 및 금속에서뿐만 아니라 두 가지 매우 다른 성분 사이의 경계면에서도 이런 특성을 유지하고 있다. 이것은 나노와이어 결정과 접점 사이에 완벽한 전환 관계가 이루어지고 있음을 의미한다. 물론 나노크기에서 새로운 종류의 전자부품을 만들 수 있는 계기가 되기도 하며, 이전보다 훨씬 정확하게 이 재료들의 전기적 특성을 연구해야 함을 의미하기도 한다고 접점 개발에 참여했던 Peter Krogstrup 조교수는 언급하였다.

[수많은 나노와이어 하이브리드로 구성된 칩]

Nature Materials에 게재된 연구를 통해, 저자들은 완벽한 접점과 성질을 보여주었을 뿐만 아니라 동일한 반도체-금속 나노와이어 하이브리드 수 십억 개로 이루어진 칩을 소개하였다.

이 새로운 방식은 궁극적으로 미래 초전도성 전자기기를 위한 기초를 다지는데 도움이 될 것이며, 왜 나와이어에 대한 연구에 대해 전자회사들이 관심을 갖고 있는지에 대한 설명이기도 하다. Peter Krogstrup 및 homas Sand Jespersen은 Charles Marcus 교수가 이끄는 양자소자센터(The Center for Quantum Devices)의 일원이며, 마이크로소프트사와 긴밀한 협력관계를 유지하고 있다. 본 연구는 Carlsberg Foundation 및 Lundbeck Foundation에서 추가적으로 지원해 주었다.

그림 1> 반도체와 금속의 계면이 완벽히 형성됨으로써 새로운 초전도성 하이브리드 결정을 구현할 수 있었다. 이 초전도성 하이브리드 결정은 궁극적으로 미래 초전도성 전자기기의 기초를 이루게 될 것이다.
그림 2> 나노와이어는 트랜지스터 및 태양전지와 같은 새로운 전자기기의 부품개발에 사용되는 매우 얇은 나노결정 가닥이다.
그림 3> 투과전자현미경 사진으로, InAs 코어와 Al를 구분짓는 약 3nm 두께의 AlAs 밴드갭을 갖는 반도체층이 성장된 하이브리드 구조를 보여주고 있다.

원문정보: Epitaxy of semiconductor–superconductor–nanowires, Nature Materials, DOI: 10.1038/nmat4176



KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 2015-01-14





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