빛으로 전기 신호 제어하는 트랜지스터 개발

2017.08.21 17:00
빛으로 구성하는 실리콘 나노선 트랜지스터의 모식도. 다공성 실리콘에 빛을 쪼이면 전기적 특성이 변한다. - 고려대 제공
빛으로 구성하는 실리콘 나노선 트랜지스터의 모식도. 다공성 실리콘에 빛을 쪼이면 전기적 특성이 변한다. - 고려대 제공

국내 연구진이 오직 빛만으로 전기 신호를 제어할 수 있는 트랜지스터를 개발했다. 복잡한 전기회로 없이도 전자기기를 구동할 수 있어 전자 기기 제조 비용을 대폭 절감하리란 기대다.

 

박홍규 고려대 물리학과 교수팀은 빛으로 전기 신호를 제어하고, 전류를 효율적으로 증폭시킬 수 있는 ‘나노선 트랜지스터’를 세계 최초로 개발했다고 21일 밝혔다.

 

현대 전자기기를 구성하는 기본 부품인 트랜지스터는 전기 신호를 증폭하거나 신호를 켜고 끄는 스위치 역할을 하는 소자다. 연구진은 전자기기용 소재로 외면받던 ‘다공성 실리콘’을 활용해 기존 트랜지스터 동작 효율을 한계를 뛰어넘는 신개념 트랜지스터를 개발했다.

 

다공성 실리콘은 수 나노미터 크기의 작은 구멍들을 가진 구조로 평소엔 전기가 거의 흐르지 않는다. 구멍들이 전자를 강하게 구속시키기 때문이다. 연구진은 다공성 실리콘에 레이저를 쪼이면 구속됐던 전자들이 에너지를 받아 탈출해 전류가 흐르게 된다는 특성을 세계 최초로 확인했다. 빛으로 전기적 특성을 제어할 수 있다는 의미다.

 

이 특성에 착안, 연구진은 실리콘 나노선에 다공성 실리콘을 부분적으로 삽입해 ‘나노선 트랜지스터’를 제작했다. 우선 2개의 다공성 실리콘을 갖는 나노선 트랜지스터를 제작해 논리 회로로 구동 가능함을 확인했다. 또 다공성 실리콘을 여러 개 포함하는 나노선 트랜지스터로는 매우 약한 빛도 검출할 수 있는 고성능 광검출기를 구현하는 데 성공했다.

 

박 교수는 “빛으로 구동되는 나노선 트랜지스터를 이용하면 집적회로 설계 등 기존의 복잡한 반도체 공정과정을 없앨 수 있어 비용적, 기술적 노력을 줄일 수 있다”며 “다공성 실리콘을 원하는 곳에 배치하고 빛을 필요한 위치에 쪼여주기만 하면 나노선 하나만으로 모든 전자 기기를 간단히 제작할 수 있다는 것”이라고 말했다.

 

연구결과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’ 8일자에 실렸다.

 

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