KU-KIST 융합대학원 및 물리학과 박홍규 교수 연구팀은 빛으로 전류를 제어할 수 있는 나노선 트랜지스터 소자를 만드는 새로운 제작 공정을 개발했다. 이번 연구 결과는 2019년 1월 24일 세계적인 학술지인 Nano Letters (IF: 12.080)에 출판됐다.
박홍규 교수 연구팀은 다공성 실리콘을 단결정 실리콘 나노선에 삽입하여 빛으로만 전류를 제어할 수 있는 나노선 트랜지스터 소자를 세계 최초로 개발한 바 있다 (Nature Nanotechnology 12, 963-968 (2017)). 그러나 이전 연구에서 사용된 나노선 제작 공정은 다공성 실리콘의 길이, 위치 및 삽입 개수를 조절하는 것이 어려웠던 단점이 있었다. 연구팀은 이러한 단점을 개선하고 소자의 활용도를 높이기 위해, 표면이 극도로 매끄러운 bottom-up 실리콘 나노선을 이용한 나노선 트랜지스터 제작 기술을 새롭게 개발했다. 기판 위에 분산된 실리콘 나노선에 전자빔 리쏘그라피와 두 단계의 금속 촉매 화학 식각 방법을 이용해 나노선의 원하는 위치에 원하는 길이만큼 다공성 실리콘을 삽입할 수 있었다.
새로운 제작 공정으로 만들어진 나노선을 이용하여 빛으로 동작하는 나노선 트랜지스터 소자를 구현했다. 빛의 세기를 바꿔가며 전류-전압 곡선을 측정한 결과, 소자에 빛이 쪼여지지 않을 때는 pA 이하의 매우 작은 전류가 흘렀으나, 빛이 쪼여질 때는 확연한 전류 증폭이 일어남을 확인했다. 이 결과를 확장하여 하나의 나노선에 9개의 다공성 실리콘을 삽입하여 고해상도의 1차원 광검출 시스템 또한 성공적으로 구현했다.
연구팀은 이번에 개발된 나노선 제작 기술을 이용하면 매우 민감한 고해상도 카메라, 빛으로 빠르게 계산이 가능한 신개념의 컴퓨터 등을 보다 손쉽게 개발할 수 있을 것으로 기대했다.