초고집적 가능 탄소나노튜브 반도체 소자 세계 최초 개발

-----------------------------------------------------

과학기술부

- 세계 최초 기존 나노크기의 위치제어 한계를 극복한 선택 성장기술 개발

- 세계 최초 고집적 가능한 수직구조 탄소 나노튜브 소자 작동(온도 30K) 구현

- 세계적인 권위지인 어플라이드 피직스 레터지 등 연구성과 게재

과학기술부 21세기 프론티어 연구개발사업의  일환으로 발족한 테라

급나노소자개발사업단(단장 : 이조원  박사)의 과제를 수행중인  최원봉

박사(삼성종합기술원) 연구팀은 세계 최초로 고집적 탄소나노튜브 반도

체 소자의 실용화 가능 기술을 개발하였다. 이번 개발로  작년 7월부터

시작한 국가나노기술개발 사업이 본 궤도에 오르게 되었다.

탄소나노튜브는 직경이 수~수십 나노미터(10억분의 1미터)의  튜브형

소재로 열전도율이 높아 안정적이며 전기전도도가 기존의 금속에 비해

월등히 높은 특성을 가지고 있다. 반도체소자에 응용할  경우 나노크기

채널로 전자이동을 제어하여 저 전력으로 소자구동이 가능하며 기존의

실리콘 소자와 같이 도핑을 하지 않아도 되는 등 소자 작동에 매우 유

리하다.

때문에 탄소나노튜브 반도체는  1997년 처음  연구결과가 발표된  후

반도체 소자로 개발하기 위한 경쟁이  전세계적으로 매우 치열하나 대

부분이 실험실 수준으로, 실용화를 위해선 나노튜브를 마음대로 정렬

하는 위치 제어 기술이 필수적이다.  현재 미국의 IBM과  네덜란드의

델프트(Delft) 대학을 비롯한 몇몇 기관에서 발표한 탄소나노튜브 반도

체소자는 나노튜브의 위치 제어가 되지 않아 실용화에 한계가 있었다.

삼성종합기술원 최원봉박사 연구팀(공동연구자: 전북대 김주진 교수)

은 세계최초로 탄소 나노튜브의 위치제어를 마음대로 할 수 있는 선

택 성장 조절기술개발을 통하여  고집적 탄소 나노튜브  반도체소자

실용화의 전기를 마련했다.

이번에 개발한  반도체 소자는  집적도  0.2테라비트급 이상  (집적도

>2x1011/cm2) 으로 알루미늄의 산화 반응조절에 의해 생성되는 나노크

기의 구멍 위치를 제어함으로서 그  안에 나노튜브를 성장시키고 수직

으로 성장된 탄소나노튜브 한 개를 반도체 단위소자로 구성하였다.

이 기술을 통해  세계 최초로  수직 탄소나노튜브  소자의 작동(온도

30k)을 확인함으로써  탄소나노튜브  반도체소자의 실용화를  앞당기는

길을 열었다.

이번에 개발한 기술은 테라급  반도체 메모리와 시스템 온칩(System

On Chip)등의 차세대 반도체에 적용됨으로써 새로운 나노소자 시장의

창출과 기존 메모리 시장의 대체를 통해 2010년 약 l조불  규모로 추산

되는 세계 반도체 시장  전체를 주도할 수  있는 역량을 갖추는 데  큰

기여를 할 것으로 기대된다.

또한 이번 성과는  나노 리소그래피의 전자빔  소스 및 나노  바이오

센서등에 응용될 수  있으며 나노튜브 특성  조절 기술이나 위치  제어

기술은 나노 재료가 사용되는 여러 분야에  활용될 수 있기 때문에 기

술적인 의미는 매우 크다고 할 수 있다.

이번 연구결과는 지난 7월 나노튜브 2001(Nanotube 2001) 학회에 초

청 발표되어 큰 호응을 얻었으며  세계적인 권위지인 어플라이드 피직

스 레터(Applied Physics Letter,  2001년 11월26일)와 어드벤스드 머트

리얼스(Advanced Materials, 2002년 1월)에  게재될 예정이다. 현재  이

기술과 관련하여 국내특허를  3건 출원하였으며, 2건의  해외특허를 출

원중이다.

문의처

- 삼성종합기술원 최원봉 박사

(031-280-9351, wbchoi@sait.samsung.co.kr)

- 테라급나노소자개발사업단 장소영

(02-3295-4355, sychang@nanotech.re.kr)

Ⅰ. 과제개요

1. 과제명 : 테라비트급 탄소나노튜브 메모리소자 개발

2. 책임자 : 최원봉 박사 (삼성종합기술원)

3. 참여자 : 주제욱, 정광석, 배은주 연구원 (삼성종합기술원)

김주진 교수 (전북대학교)

4. 기간 및 예산 : 2000. 8. 1 -2001. 6. 30 (연구비 총 8억)

(기타 과제 관련자: 성균관대 이영희 교수, 서울대 박영우 교수,

서울대 서정쌍 교수 외)

< 용어설명 >

o 탄소나노튜브

탄소나노튜브(Carbon Nanotube; CNT)란 지구상에 다량으로 존재하는 탄소

로 이루어진 탄소동소체로서 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형  벌집무

늬로 결합되어 튜브형태를  이루고 있는 물질이며,  튜브의 직경이 나노미터

(nm=10억분의 1미터) 수준으로 극히 작은 영역의 물질이다.  탄소나노튜브는

우수한 기계적 특성, 전기적 선택성, 뛰어난 전계방출 특성, 고효율의 수소저

장매체 특성 등을 지니며 현존하는 물질중 결함이 거의 없는 완벽한  신소재

로 알려져 있다. 고도의  합성기술에 의해 제조되며, 합성방법으로는  전기방

전법, 열분해법, 레이저증착법, 플라즈마  화학 기상 증착법,  열화학기상증착

법, 전기분해방법, Flame합성방법 등이 있다.

o 트랜지스터(field-effect transitor)

말 그대로 풀이하면 전계효과 트랜지스터가 되는데 문자로 나타내진  것과

같이 전계에 의한 전류의 제어를 동작원리로  하는 트랜지스터로, 전자 또는

정공 중 어느 한쪽만이 전류를 흐르게 하며 gate전극에  걸리는 전압으로 전

류의 흐름을 제어한다.