아주대학교(총장 안재환) 안영환(에너지시스템학과, 물리학과) 교수팀이 세계 최초로 ‘초고속 광전 현미경’을 개발해 탄소나노튜브, 실리콘나노와이어와 같은 1차원 나노소자 내의 전하 움직임을 포착, 기록해내는 데 성공했다.

컴퓨터를 비롯한 전자기기를 구성하는 반도체 소자(트랜지스터, 다이오드 등)는 전하의 흐름을 기초로 하고 있지만 그 속도가 빛의 백분의 일 수준에 이를 정도로 빨라 자체 속도는 물론 고주파 응답 특성을 알아내는 것도 매우 어렵다.

안 교수팀은 이번 연구를 위해 과거 자체 개발했던 ‘나노 광전류 현미경’에 펨토초(1천조분의 1초, 10s) 레이저 기반의 분광학 기술을 접목시켜 새로운 기능의 초고속 광전 현미경을 개발했다.

이 현미경으로 나노 크기의 반도체 소자에서 전하 움직임을 펨토초 시간 단위로 관측해낸 것이다. 또한 두 전극 사이를 가로지르는 전하의 통과시간, 다양한 조건에 따른 전하의 속도변화 그리고 차세대 전자소자 플랫폼으로 주목받고 있는 탄소나노튜브 트랜지스터에서의 전하 움직임 등도 모두 성공적으로 관측해냈다.

이번 연구 성과에 대해 안 교수는 “발열이나 전력소모 등의 기술적 문제만 해결된다는 가정 하에 GHz 수준에 머무르고 있는 컴퓨터 속도를 THz 수준으로 발전시키려면 전하의 움직이는 속도와 반도체 내의 통과시간 등을 정확히 알아야 하는데, 이번 연구가 그 밑거름이 될 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구결과는 나노과학 분야의 세계적 학술지인 “ACS NANO” 온라인판에 지난 10월 “Imaging Ultrafast Carrier Transport in Nanoscale Field-Effect Transistors”으로 게재됐다.

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