- 재료분야 최고 권위誌 Nature Materials 발표,“차세대 자성반도체 응용 가능성 열어”-

지난 10년간 나노기술분야에서 풀리지 않는 숙제로만 여겨지던 ‘반도체 나노결정 도핑 기술’이 국내 연구진에 의해 처음 개발되어, 우리나라가 차세대 나노 반도체 공정 기술을 주도하여 반도체 기술 강국으로서의 명성을 이어나갈 수 있는 길이 열렸다.

교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 ‘리더연구자지원사업중 창의적 연구’의 지원으로 현택환(玄澤煥, 44세) 서울대 교수와 유정호 연구원이 ‘반도체 나노결정을 핵형성 과정에서부터 효율적으로 도핑할 수 있는 기술 개발’에 성공하였다.

이번 연구결과는 나노분야의 세계적인 권위지인 『네이처 머터리얼즈(Nature Materials)』지(誌) 인터넷판에 11월 16일자(한국시간)에 게재된다.

지난 10년간 전 세계적인 나노기술 개발의 경쟁으로, 반도체 나노 결정과 관련된 제조공정, LED, 태양전지, 메모리 소자 등 다양한 분야의 산업화에 관한 연구가 진행되어 왔다.

그러나, 반도체 나노결정 도핑 기술은 나노결정이라는 매우 작은 크기와 안정성 등으로 인해, 학계에서는 도핑이 매우 어렵다고 인식되어 왔으며, 기존에 보고된 도핑 효율도 1%에 지나지 않았다.

현택환 교수 연구팀은 ‘반도체(카드뮴 셀레나이드, CdSe)’ 나노결정 성장 과정 중에서, 나노입자보다 더 작은 ’핵‘ 형성과정을 화학적으로 제어하면, 망간 이온으로 반도체 나노결정을 10%이상 더 효율적으로 많이 도핑할 수 있다는 새로운 사실을 발견하였다.

기존의 반도체 나노결정의 도핑 기술은, 결정을 기르는 과정에서 불순물을 중간에 입히는 과정으로써, 불순물(망간) 이온이 결정 안쪽 보다는 바깥쪽에 많이 분포하게 되는 단점을 가지고 있었다. 본 연구는 결정 성장 과정이 아닌, 결정의 핵 생성 과정에서부터 불순물 이온이 안으로 들어가게 되어 높은 효율의 도핑을 얻을 수 있다.

도핑된 핵입자들은 자기조립과정을 통해, 나노리본을 만들게 되는데, 이 나노리본은 차세대 나노소자에 이용될 수 있을 것으로 기대되며, 또한 망간 이온이 도핑된 카드뮴 셀레나이드 나노선은 지만 (Zeeman) 효과가 매우 우수하여, 전기 및 광학적으로 제어 가능한 자성반도체 분야의 활용이 매우 기대된다.

이 연구는 서울대학교 화학생물공학부 현택환 교수 연구팀의 주도하에, ▲미국 노트르담대학 물리학부 후디나(Furdnya) 교수 연구팀 ▲텍사스주립대학 화학공학과 황경순 교수 연구팀 ▲포항공과대학교 물리학부 박재훈 교수 연구팀 ▲서울대학교 재료공학부 김영운 교수 연구팀의 공동연구로 이루어졌으며, 나노기술의 국제적 학제간 공동연구의 성공사례로 평가되고 있다.

연구책임자인 현택환 교수는 “이번 연구결과는 반도체 나노결정의 도핑 과정을 근원에서부터 제어할 수 있는 신기술 개발로, 나노반도체 산업의 발전 가능성과 자성반도체 응용 가능성을 높였다는데 큰 의미가 있다”고 밝혔다.