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100배 더 빠른 미래형 전자소자 나왔다

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100배 더 빠른 미래형 전자소자 나왔다

2016.11.28 16:38

현재 널리 사용되고 있는 실리콘 기반 전자소자는 늘어나는 데이터를 빠르게 처리하기에는 한계가 있다. 국내 연구진이 이 같은 문제를 해결하기 위해 빛과 전기의 상호 전환을 이용해 신호를 만드는 초고속 ‘광전소자’를 개발했다.

 

이영희 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단장 연구팀은 전자소자보다 100배 빠른 초고속 광전소자를 새롭게 개발했다고 28일 밝혔다.

 

기존에도 광전소자가 개발된 적은 있지만, 성능은 현재 사용하는 실리콘 전자소재에 미치지 못했다. 이 단장팀은 광전자소자의 성능을 한층 더 높여 실리콘 전자 수준의 광전자소자를 구현한 것은 이번이 처음이다. 연구진은 이번 연구성과를 응용하면 실리콘 전자소자를 뛰어넘는 차세대 전자소자 개발로 이어질 것으로 기대하고 있다.

 

광전소자의 성능을 실리콘 전자소자 수준 이상으로 높이려면 우선 소자의 크기를 나노미터(㎚·1㎚는 10억 분의 1m) 단위로 줄여 집적도를 높여야 한다. 그러나 이 경우 빛의 회절(빛이 장애물에 부딪혀 퍼져나가는 현상) 때문에 성능이 떨어지는 한계가 있었다.

 

연구팀은 평면 반도체 물질로 제작한 단일 층의 트랜지스터 위에 지름 200㎚의 은 나노선을 연결해 기존 한계를 극복했다. 반도체는 빛을 받으면 광자를 방출하고, 이 광자들은 은 나노선을 따라 지나간다. 이렇게 생긴 광신호는 건너편 2차원 반도체 소자에 전달돼 같은 과정을 반복하며 정보를 전달한다.

 

지금까지는 광전자소자에 필수적인 ‘발광소자’ 역시 걸림돌이 됐다. 양자점이나 양자우물 등 기존 기술은 우수한 발광 효과를 지녔지만 대면적 생산이 어렵거나 영하 약 271.6도 이하의 저온에서 동작해 상용화가 어려웠다. 연구진은 광전자소자를 상온(25도)에서 구현하는 데도 성공했다.

 

이 단장은 “단일 층의 2차원 반도체는 상온에서 동작하고 대면적 반도체로 제작이 쉽다”면서 “발광현상을 전기적 제어도 가능해 차세대 광전소재로 적합하다”고 말했다.

 

연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) ’ 28일자에 게재됐다.

 

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