분자 두께 초박막 전자소자 제작
분자 1개 두께의 초박막 분자전자소자가 국내 연구진에 의해 만들어졌다. 기존 유기전자소자를 수백층 높이의 건물에 비유하면 이 소자는 1층 높이 정도로 얇아, 초고집적 미래형 소자에 알맞을 뿐만 아니라 심하게 휘어져도 안정성이 뛰어난 게 특징이다.
서울대 이탁희 교수(물리천문학부ㆍ사진)와 박성준 박사과정생(광주과기원), 왕건욱 연구원, 윤명한 교수(광주과기원) 연구팀은 플라스틱 기판 위에 유기분자의 일종인 알킬분자를 1층 얹은 1∼2나노미터 두께의 분자전자소자를 제작하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.
분자전자소자는 분자 양쪽에 전극을 연결해 분자 사이로 전자를 흘려보내 정보를 전달하는 것으로, 분자 크기가 매우 작고 자기조립 방법으로 만들 수 있어 고집적이면서도 저렴한 강점이 있다. 그러나 지금까지는 분자 하나하나를 제어해 전자소자를 만드는 게 어려워 대부분 실리콘 같은 딱딱한 기판 위에 만들다 보니 자유롭게 휘어지지 않았다. 또 기존 유기전자소자는 휘어질 수 있지만 분자 수백개 이상이 쌓인 수 마이크로 두께로 만드는 수준이었다.
연구팀은 특정 원자와 원자가 잘 결합하는 성질을 이용하면 얇고 휘어지는 플라스틱 기판 위에도 분자 하나하나를 제어해 단분자막 전자소자를 만들 수 있을 것이라는 아이디어를 갖고 실험을 했다. 가로세로 3㎝ 크기의 플라스틱 기판에 전극으로 쓰이는 금을 입힌 후 기판을 알킬분자가 섞여 있는 용액에 담갔다. 알킬분자는 양쪽 끝에 황 원자가 붙어있는데, 이 원자가 금에 잘 달라붙는 성질이 있어서 용액 속에서 알킬분자가 금 박막 위에 나란히 규칙적으로 서 있는 구조가 만들어졌다. 그 위에 전도성고분자와 금을 입혔다. 이렇게 만들어진 알킬분자 1개층 두께의 전자소자는 금이 양쪽에서 전극 역할을 하고, 전자가 전극을 거쳐 분자 내부를 뚫고 지나가 맞은편 전극으로 이동하는 방식으로 작동한다.
이 소자는 그보다 1000배 가까이 두꺼운 기존 유기전자소자에 비해 휘어짐에 훨씬 강하다. 크기가 워낙 작아 휘어짐의 영향을 훨씬 적게 받기 때문. 만약 지구 위에 달 만한 거인이 서 있다면 지구가 둥근 것이 한눈에 보이지만, 인간은 지구가 둥글다는 것을 인지하지 못 하는 것과 유사하다. 연구팀은 두께 1㎜ 정도 되는 이쑤시개에도 소자를 감아 약 1만초(2시간30분) 동안 성능이 유지됨을 확인했다.
이 교수는 "이 소자는 매우 심하게 다양한 형태로 휘게 만들어도 안정적이고, 1000회 이상 반복적인 휨 테스트를 해도 고유 특성을 유지했다"며 "이 연구를 통해 자유자재로 휘어질 수 있는 유연한 분자전자소자 개발 가능성을 열었다"고 말했다.
이 연구는 교육과학기술부가 추진하는 중견연구자 및 선도연구센터 사업의 지원 하에 이뤄졌으며, 연구결과는 나노 분야 권위지인 `네이처나노테크놀로지' 4일자에 게재됐다.
안경애기자 naturean@
◇ 사진설명 : (사진 오른편)유리막대 위에 단분자막 전자소자를 나선형으로 감은 실제 이미지.
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서울대 이탁희 교수(물리천문학부ㆍ사진)와 박성준 박사과정생(광주과기원), 왕건욱 연구원, 윤명한 교수(광주과기원) 연구팀은 플라스틱 기판 위에 유기분자의 일종인 알킬분자를 1층 얹은 1∼2나노미터 두께의 분자전자소자를 제작하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.
분자전자소자는 분자 양쪽에 전극을 연결해 분자 사이로 전자를 흘려보내 정보를 전달하는 것으로, 분자 크기가 매우 작고 자기조립 방법으로 만들 수 있어 고집적이면서도 저렴한 강점이 있다. 그러나 지금까지는 분자 하나하나를 제어해 전자소자를 만드는 게 어려워 대부분 실리콘 같은 딱딱한 기판 위에 만들다 보니 자유롭게 휘어지지 않았다. 또 기존 유기전자소자는 휘어질 수 있지만 분자 수백개 이상이 쌓인 수 마이크로 두께로 만드는 수준이었다.
연구팀은 특정 원자와 원자가 잘 결합하는 성질을 이용하면 얇고 휘어지는 플라스틱 기판 위에도 분자 하나하나를 제어해 단분자막 전자소자를 만들 수 있을 것이라는 아이디어를 갖고 실험을 했다. 가로세로 3㎝ 크기의 플라스틱 기판에 전극으로 쓰이는 금을 입힌 후 기판을 알킬분자가 섞여 있는 용액에 담갔다. 알킬분자는 양쪽 끝에 황 원자가 붙어있는데, 이 원자가 금에 잘 달라붙는 성질이 있어서 용액 속에서 알킬분자가 금 박막 위에 나란히 규칙적으로 서 있는 구조가 만들어졌다. 그 위에 전도성고분자와 금을 입혔다. 이렇게 만들어진 알킬분자 1개층 두께의 전자소자는 금이 양쪽에서 전극 역할을 하고, 전자가 전극을 거쳐 분자 내부를 뚫고 지나가 맞은편 전극으로 이동하는 방식으로 작동한다.
이 소자는 그보다 1000배 가까이 두꺼운 기존 유기전자소자에 비해 휘어짐에 훨씬 강하다. 크기가 워낙 작아 휘어짐의 영향을 훨씬 적게 받기 때문. 만약 지구 위에 달 만한 거인이 서 있다면 지구가 둥근 것이 한눈에 보이지만, 인간은 지구가 둥글다는 것을 인지하지 못 하는 것과 유사하다. 연구팀은 두께 1㎜ 정도 되는 이쑤시개에도 소자를 감아 약 1만초(2시간30분) 동안 성능이 유지됨을 확인했다.
이 교수는 "이 소자는 매우 심하게 다양한 형태로 휘게 만들어도 안정적이고, 1000회 이상 반복적인 휨 테스트를 해도 고유 특성을 유지했다"며 "이 연구를 통해 자유자재로 휘어질 수 있는 유연한 분자전자소자 개발 가능성을 열었다"고 말했다.
이 연구는 교육과학기술부가 추진하는 중견연구자 및 선도연구센터 사업의 지원 하에 이뤄졌으며, 연구결과는 나노 분야 권위지인 `네이처나노테크놀로지' 4일자에 게재됐다.
안경애기자 naturean@
◇ 사진설명 : (사진 오른편)유리막대 위에 단분자막 전자소자를 나선형으로 감은 실제 이미지.
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