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차세대 분자전자재료 : 강직 나선 폴리실란

전문가 제언: □ 종래의 실리콘 반도체를 이용한 디바이스의 고밀도 집적화의 한계 및 고비용화 등의 대응과 미세가공기술의 진보와 단일분자를 이용한 디바이스 구축 기술의 정비 등에 따라 최근 단일분자소자 연구가 활발하다.

□ 분자소자의 이점은 디바이스의 소형 경량화, 전력절감, 생산비 저감 등으로 디바이스 고밀도 집적화의 한계 극복이 가능하며 환경친화적인 차세대 핵심기술이다. 분자소자 구축 시에는 분자 자체가 기능소자가 될 수 있도록 하는 다양한 물성의 분자 설계와 합성연구 및 분자 와이어의 고정화 연구 등이 필요하다.

□ σ-전자가 실리콘 주 사슬에 비편재화된 폴리실란은 화학공정 또는 건식공정에 기반을 둔 나노기술로 합성될 수 있으며 실리콘 원자의 배열 구조 조정으로 강한 양자효과가 나타나며 이를 반도체 시스템에 응용할 수 있다. 특히 선형 실리콘 사슬의 1차원 반도체 폴리실란은 자기조립성 양자세선(self-assembled quantum wire)으로 작용할 수 있으며 비결정성 다공성 실리콘은 효과적인 가시광선의 발광체 특성이 있다.

□ 일본 NTT물성과학기초연구소에서는 분자의 말단과 고체 표면과의 사이에 화학결합을 형성시켜 고체표면에 단일 고분자를 단리하는 End Graft법에 의해 반도체 폴리실란을 실리콘 기판이나 석영 기판에 접속한 End Graft 폴리실란을 합성했으며 이 폴리실란의 분자상을 AFM에 의해 관찰한 외, 기판 표면 밀도와 고분자사슬의 구조변화 관계를 규명했다(2001~2002년). 또 10nm의 나노 갭 전극이나 기판에 배치된 금 입자에 분자를 접속해 그 도전성 등을 측정하는 연구도 진행 중이다.

□ 분자규모 전자공학은 아직 분자규모 디바이스에 의한 컴퓨팅을 실현할 단계는 아니며 응용단계까지는 많은 연구가 필요하다. 특히 Post silicon을 목표로 연산 등을 상정한 차세대 디바이스는 분자에서의 집적회로 실현과 안정성 등도 중요하지만, 분자를 이용한 계산(연산소자)의 실현 가능성에 대한 검토가 우선되어야 한다.

저자: Michiya Fujiki ; Masanobu Naito
자료유형: 학술정보