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| △ 다양하게 합성된 반도체 나노선. 실리콘 나노선 혹은 게르마늄 나노선 위에 주기적인 실리콘 및 게르마늄 껍질을 형성할 수 있다. 합성 조건에 따라 껍질의 두께와 주기, 단면의 모양까지도 원하는 대로 조절할 수 있다. |
반도체 나노선 두께 맘대로 조절하는 새 합성기술 개발
고려대 박홍규 교수 "원하는 빛만 흡수하는 나노광소자 개발 가능"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 한국과 미국 공동연구진이 차세대 나노전자 소자 소재로 주목받는 반도체 나노선의 두께를 마음대로 조절할 수 있는 새로운 합성기술을 개발했다.
고려대 물리학과 박홍규 교수와 미국 하버드대 찰스 리버 교수팀은 22일 지름이 균일한 나노선을 합성한 뒤 그 위에 껍질 구조를 재성장시키는 방법으로 나노선 두께를 원하는 대로 조절하는 기술을 개발했다고 밝혔다.
연구진은 "이 연구로 원하는 색깔의 빛만 흡수하는 새로운 나노 광소자 개발의 가능성을 열었다"며 "궁극적으로 특정 빛만 민감하게 감지하는 값싸고 간편한 광검출기 개발에 응용될 수 있다"고 설명했다.
이 연구 결과는 '네이처 나노테크놀로지'(Nature Nanotechnology, 3월 10일자)에 게재됐다.
나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 두께의 반도체 나노선은 부피에 비해 표면적이 넓고 독특한 전기적, 광학적 특성이 있어 나노태양전지 같은 차세대 나노 광소자 소재로 활용된다.
특히 반도체 나노선의 전기적, 광학적 특성은 나노선 두께에 따라 달라지기 때문에 두께를 원하는 대로 조절하는 것은 매우 중요하다. 하지만 하나의 나노선에 다양한 물질과 구조적 특징이 동시에 나타나도록 합성하는 것은 매우 어렵다.
연구팀은 이 연구에서 수돗물을 약하게 틀면 물줄기가 가늘어지다가 물방울이 돼 표면장력이 최소화되는 현상을 설명하는 '플라토-레일리(Plateau-Rayleigh) 불안정 원리'를 나노선 성장에 적용, '플라토-레일리 결정성장'이라는 새로운 방법을 개발했다.
지름이 일정한 실리콘 나노선을 합성한 뒤 높은 압력과 온도에서 실란(SiH₄) 가스를 주입하면 나노선 위에 균일한 껍질구조가 합성된다. 하지만 낮은 압력에서 실란 가스를 주입하면 플라토-레일리 불안정 원리에 따라 나노선의 축 방향으로 껍질구조가 주기적으로 생긴다.또 합성 조건에 따라 껍질의 종류와 두께, 주기, 단면 모양 등을 원하는 대로 조절할 수도 있다.
이렇게 합성된 실리콘 나노선은 광학적 특성이 달라져 껍질의 두께와 주기에 따라 확연히 다른 광산란 및 광흡수 특성을 보였다. 껍질의 주기가 6마이크로미터(㎛=1백만분의 1ｍ)인 실리콘 나노선은 껍질이 얇은 부분은 파란색 빛만을, 껍질이 두꺼운 부분은 초록색 빛만을 주로 흡수하는 것으로 나타났다.
박홍규 교수는 "이 연구는 나노선 합성이라는 새로운 연구분야를 개척한 의미가 있다"며 "주기적인 껍질이 있는 나노선만이 가질 수 있는 독특한 광학 흡수 특성을 이용해 원하는 빛만 선택적으로 흡수하는 나노 광소자를 개발할 수 있을 것"이라고 말했다.
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