인천대 진성훈 교수, 차세대 반도체 ‘탄소나노튜브’ 상용화의 새로운 돌파구 열어

실리콘을 대체하는 차세대 반도체 재료인 탄소나노튜브의 상용화 기반 마련

아주경제 박흥서 기자 =인천대학교 진성훈(전자공학과) 교수가 차세대 반도체 소자로 각광받고 있는 탄소나노튜브(CNT) 트랜지스터 상용화의 가장 큰 걸림돌 중의 하나였던 웨이퍼 스케일의 대면적/고순도(>99.9925%) CNT 정제 기술 개발에 새로운 돌파구를 열었다.

진 교수의 연구결과는 12일 세계적인 과학전문지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 ‘Microwave purification of large-area horizontally aligned arrays of single-walled carbon nanotubes (초고주파 기반의 수평으로 정렬된 탄소나노튜브 대면적 정제기술)’이라는 제목으로 게재됐다.

진 교수는 이번 연구의 주저자로 참여했으며, 미국의 일리노이주립대 존 로저스 교수팀과 공동연구를 하였다.

인천대 진성훈 교수[사진제공=인천대]

진 교수는 “탄소나노튜브(CNT)는 현재 반도체 재료로 사용하고 있는 실리콘(Si) 기반의 소자보다 전류구동능력 및 동작특성에서 탁월한 성능을 보여주어 차세대 반도체 재료로 전 세계적으로 연구를 하고 있으나,평면형의 전자소자에 적합한 CVD기반으로 성장된 정렬형 CNT는 1/3은 금속형 탄소나노튜브의 특성을 가지고, 나머지 2/3는 반도체형 탄소 나노튜브의 특성이 있어 누설전류가 증가하여 기존의 디지털 회로에 적용하기에는 디지털 회로 동작 및 전력 소모 관점에서 큰 어려움이 있었다.”며  "이번 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 낮은 일함수를 가지는 금속재료와 접촉된 정렬형 탄소나노튜브에 단순히 마이크로 웨이브를 조사하면 선택적인 맴돌이 전류가 금속형 탄소나노튜브에서 크게 발생하여 기존의 줄 열 기반의 선택적 트랜치 형성 방법(열모세관 유동, TcEP)보다도 공정을 탁월하게 단순화시키고, 웨이퍼 기반의 대면적에 적용할 수 있는 기술을 새롭게 제시한 것”이라고 의미를 설명했다.

진 교수는 “이번 기술은 탄소나노튜브 정제를 마이크로웨이브의 파워 조절을 통해서 웨이퍼 크기까지 확장하면서도, 고순도의 정제를 할 수 있는 CNT기반의 양산화 기술에 초석이 될 수 있을 것”이라며, “초고주파 영역의 트랜지스터, 재구성 가능소자, 광전자 소자, 센서 등 다양한 분야에서 응용도 가능하다”고 전망했다.

2014년 8월 인천대에 임용된 진 교수는 2013년에도 본 기술의 원천기술의 내용으로 세계적인 과학저널인 Nature Nanotechnology에 제1저자로 논문을 발표한 바 있으며, 본 연구 분야에 세계적인 경쟁력을 갖고 있다.