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그라펜: 1전자 트랜지스터

전문가 제언: ○ 그라펜은 탄소원자가 결함이 적고 안정한 2차원적 단결정을 하고 있다. 그러므로 전자산업에서 혁명적 재료로 각광을 받고 있다. 전자산업에서 반도체가 성공을 거둔 것은 게이트 전극에서 발생된 전자를 이용하여 전자의 성질을 제어하는 데 기인한다. 이는 반도체에서 점유된 원자가 밴드와 비점유된 전도대 밴드 사이에 에너지 갭이 존재하는 구조를 하고 있기 때문이다.

○ 이러한 필드효과는 그라펜에서도 나타나는데 이는 밴드 갭에 의한 것이 아니며 실리콘의 필드효과에서 실리콘과 게이트의 유전의 계면 사이에서 나타나는 2차원적 가스 유사한 구조를 하고 있어서 그라펜에서 전도성 전자가 존재하는 것으로 기대되기 때문이다.

○ 그라펜의 이러한 2차원적 전자가스의 두께는 옹스트롬 스케일로서 대략 FET의 전자가스보다 1/100 정도로 얇다. 그라펜의 용이한 옴 접촉을 할 수 있으며 또 필드 효과가 관측된다. 그라펜의 이러한 특성은 그라펜이 앞으로 나노스케일의 반도체 전자부품으로서 활용될 수 있음을 시사한다.

○ 그러나 그라펜의 전자 수송 특성에 대한 이해는 실리콘과 GaS와 같이 높은 품질의 반도체 물질에서의 전자특성과 같은 수준에는 이르지 못하고 있다. 그러므로 현재 나노스케일의 1전자 반도체 트랜지스터로서의 그라펜의 전자수송 특성에 관련된 연구가 활발하게 진행되고 있으나 아직 그라펜을 1전자 반도체 트랜지스터로 활용하기 위해서는 풀어야 할 문제점이 많이 남아 있다.

○ 본고에서는 그라펜을 1전자 트랜지스터로 활용하기 위한 최근의 기초 연구결과를 소개하고 있는데 그라펜을 당장 1전자 트랜지스터로 사용하기 위한 해답을 제시하기 위한 것이 아니라 꿈의 반도체 재료로 기대되고 있는 그라펜의 실용화를 위해 앞으로 해결해야 될 과제를 제시하고 있는 것으로 보인다.

저자: T. Ihn
자료유형: 학술정보