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韓-日공동연구진, 차세대 반도체 소자 ‘분자전자소자’ 비밀 풀었다

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2017년 07월 04일 18:00 프린트하기

분자전자소자의 전기전도도 측정 방법 실험 모식도. - KAIST 제공
분자전자소자의 전기전도도 측정 방법 실험 모식도. - KAIST 제공

한-일 공동연구진이 차세대 반도체 소자로 꼽히는 ‘분자전자소자’의 상용화를 앞당길 핵심 원리를 규명했다.

 

김용훈 KAIST EEWS대학원 교수팀은 일본 오사카대와 공동으로 분자전자소자의 전기전도도가 상황에 따라 달라지는 원인을 규명했다고 4일 밝혔다.

 

분자전자소자는 레고 블록을 쌓듯, 나노미터 크기의 분자를 조립해 소자를 구현한다. 크기가 작고 자기조립이 가능해 고집적·저비용 소자를 만들 수 있다.

 

분자전자소자는 크게 분자, 전극, 그리고 이들을 잇는 연결자로 구성된다. 가장 많이 활용되는 것은 황(S)을 연결자로, 금(Au)을 전극으로 사용하는 형태다. 2006년 미국 연구진이 상황에 따라 분자전자소자 전기전도도가 달리진다는 연구결과를 제시했지만, 현재까지 그 원인이 규명되지 않았다.

 

연구진은 슈퍼컴퓨터를 이용해 분자소자가 구현되는 과정을 재현했다. 그 결과 황 원자 주변에 금 전극 몇 개가 어떤 형태로 배열됐는지를 의미하는 ‘배위수’의 변화에 따라 전도도가 변한다는 점을 확인했다.

 

배위수가 2나 3인 분자전자소자의 경우 소자를 양쪽에서 잡아당겼을 때 전도도가 증가하지만, 배위수가 1인 경우엔 소자를 잡아당겨도 전도도가 변하지 않는다는 특성도 확인했다.

 

김 교수는 “나노 과학 분야에서 10년 이상 풀리지 않던 난제를 해결한 것”이라며 “바이오센서, 유기발광다이오드(OLED), 유기태양전지 등 다양한 유기소자에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

 

이 연구결과는 국제학술지 ‘미국화학회지(JACS)’ 21일자에 실렸다.

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