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  • 나노와이어 성장을 위한 필수 구성요소등록일 : 2015/12/13
  • 반도체 나노와이어는 차세대 전자장치, 에너지 전환, 포토닉스 장치를 위한 필요불가결한 빌딩 블록이기 때문에, 나노와이어 성장을 이해하는 것은 매우 중요하다. 조지아 공대(Georgia Tech)의 연구진은 나노와이어 성장을 위한 필수 구성요소를 밝히는데 성공했다.

    가정용 전선보다 더 작은 나노와이어는 게르마늄과 실리콘을 포함하는 다양한 반도체성 재료로 만들어질 수 있다.

    지난 몇 년 동안에, 나노와이어 합성에는 다소 신비한 부분이 있었다. 과학자들은 반응기 설정, 온도 및 압력 조절에 대한 실험을 시행착오 방법으로 수행하였다. “이것은 오븐 속에서 요리를 하는 것과 같다. 그렇지만 이것이 어떻게 진행되는지를 관찰할 수 없다”고 조지아 공대의 Michael Filler 조교수가 설명했다.

    이번 연구진은 실시간 적외선 분광법(real-time infrared spectroscopy)을 사용함으로써 나노와이어 성장 프로세스에 대한 전례 없는 통찰력을 얻었다. 이번 연구진은 수소 원자와 메틸기로 구성된 표면 기능기가 나노와이어의 표면에 코팅되고 게르마늄으로 만들어진 나노와이어의 안정적인 성장에 필수적이라는 것을 발견했다.

    이 연구결과에 따르면, 나노와이어 옆면에 흡수되는 수소와 메틸이 없다면, 나노와이어 위에 안착되는 액적(liquid droplet)은 미끄러질 수 있다. 이것은 성장을 멈추게 한다. “이런 표면 종(수소와 메틸 분자들)은 Rain-X 층처럼 활동하고, 방울 형태를 유지하게 한다”고 Filler는 설명했다.

    “이런 표면 흡착제가 없는 경우에 성장은 일어나지 않는다는 것을 우리의 연구로 증명했다”고 Filler가 말했다. 이 연구결과는 Journal of the American Chemical Society에 게재되었다. “과학자들이 지난 50년 동안에 이런 성장 방법을 사용하고 있었지만, 우리는 나노와이어 표면에 어떤 것이 존재하는지를 알지 못했다”고 Filler가 덧붙였다. 

    과학계는 나노와이어 합성의 핵심적인 측면을 알게 됨으로써, 더 나은 나노와이어 성장을 이루기 위해서 프로세스와 전구체를 더 잘 디자인할 수 있을 것이다. 나노와이어 제조 시의 장애물들을 극복할 수 있기 때문에, 나노와이어는 대량 생산되어서 다양한 분야에 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

    “우리의 연구에서 제공한 기본적인 화학적 지식은 나노와이어의 구조 및 기능을 디자인하는데 큰 도움을 줄 수 있을 것”이라고 Filler가 말했다.

    “이 실험은 나노와이어 성장 프로세스를 촉진하는 재료의 선택, 전기 전도에 영향을 받는 불순물(즉, 인, 붕소)의 제공, 나노와이어 속의 헤테로구조의 형성 등에 대한 새로운 고찰과 가능한 방법을 제공할 것이다. 즉, 이 연구는 재료들을 더 잘 조합하는데 큰 도움을 줄 수 있을 것”이라고 Filler가 말했다. 이 연구결과는 Journal of the American Chemical Society에 “Direct Observation of Transient Surface Species during Ge Nanowire Growth and Their Influence on Growth Stability”라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/jacs.5b03818).

    그림 1. 성장 과정 중에 나노와이어 표면에서 발생하는 현상을 보여주는 모식도.
    그림 2. 이번 연구진.
  • 키워드 : 나노와이어, 수소, 메틸, 성장
  • 출처 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑