국내 연구진이 빛만으로 전기를 제어하는 나노 트랜지스터를 개발했다. 민감도가 뛰어난 초고해상도 카메라, 빛으로 계산을 수행하는 신개념 컴퓨터에 응용할 수 있다.
박홍규 고려대 교수팀은 빛으로 전기 신호를 제어하고 효율 높게 전류를 증폭하는 나노선 트랜지스터를 개발했다고 21일 밝혔다.
트랜지스터는 전자 기기를 구성하는 기본 부품 중 하나다. 전기 신호 증폭, 스위치 역할을 한다. 동작 효율을 높이기 위해 나노화하거나 빛을 쪼이는 연구가 있지만, 공정이 복잡하고 수율이 낮아 상용화가 어려웠다.
연구팀은 실리콘 나노선에 나노미터 크기 구멍을 가진 다공성 실리콘을 부분 삽입했다. 다공성 실리콘은 구멍 때문에 전기가 거의 흐르지 않는다. 하지만 빛을 쬐면 전류가 최대 1000만 배 증폭된다는 사실이 처음 발견됐다. 구속된 전자가 레이저 에너지를 받아 탈출하면서 많은 전류가 흐르는 원리다.
연구팀은 다공성 실리콘의 전기 특성을 역으로 이용했다. 복잡한 반도체 설계, 제작 공정을 획기적으로 줄였다. 하나의 실리콘 나노선 안에 두 개의 다공성 실리콘을 갖는 트랜지스터를 제작, 논리 회로를 구현했다. 컴퓨터 연산·제어장치로 활용할 수 있다.
여러 개의 나노선 트랜지스터를 제작해 1마이크로미터미터(㎛) 미만의 높은 분해능으로 미약한 빛을 검출할 수 있는 고성능 광검출기도 구현했다. 광 신호를 검출해 전기 신호로 바꾸는 소자다. 나노선의 지름을 25나노미터(㎚)정도로 줄여 빛에 대한 민감도를 높였다.
박홍규 교수는 “다공성 실리콘을 원하는 곳에 배치하고 빛을 쪼여주기만 하면 나노선 하나로 모든 전자 기기를 간단히 제작할 수 있음을 보였다”면서 “고해상도 카메라, 빛으로 빠르게 계산이 가능한 신개념 컴퓨터 개발 등에 적용이 가능할 것”이라고 기대했다.
연구 성과는 국제 학술지 '네이처 나노테크놀로지'에 게재됐다. 과학기술정보통신부 기초연구지원사업으로 수행됐다.
송준영기자 songjy@etnews.com