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겹층 그래핀에서 전자의 이동 추적

전문가 제언: 2004년에 발견된 단일 원자두께의 순수한 탄소 층인 그래핀은 높은 이동도, 광학 투명성, 유연성, 기계적 견고성, 환경 안정성 등 우수한 물성 때문에 산업적 응용에서 관심의 대상이다. 그래핀 층의 제조와 제어기술이 급격히 발전한 동기는 원칙적으로 실리콘 디바이스보다 훨씬 더 작은 전자 디바이스와의 통합가능성이다. 하지만 그래핀이 현대 전자공학의 필수 소자인 트랜지스터로서 현재로는 적당치 않다는 것이 그래핀 기반의 회로 개발의 주요 장애이다. 기술적으로 전계효과 트랜지스터(Field-Effect Transistor; FET)로 존립하려면 대기상태에서 게이트에 작은 전류만 흘러 전력소비를 줄여야한다. 그러나 그래핀은 전자 띠간격(band gap)이 없어 항상 전류가 흐르므로 그래핀 FET는 스위치 오프(switch-off)할 수가 없다. 반면에 실리콘(Si) FET의 스위치 오프 능력이 Si 논리회로가 모든 경쟁 기술 중에서 최고인 핵심 이유이다.

그래핀 기반 FET를 스위치 오프하는 성능을 향상시키는데 최근에 개발된 겹층 그래핀(bilayer graphene)이 해결책을 제시할 수 있을 것 같다. 이 물질은 간격이 없지만(gapless) 전기장을 가하여 띠간격을 생성할 수 있다. 하지만 바이어스 된 겹층 그래핀은 꼭 반도체처럼 행동하지는 않으며 이 물질로 만든 FET는 아직 만족스러운 성능을 갖지 않았다는 것이 실험에서 확인된다. Hofmann 등은 이제 겹층 그래핀의 전자 거동에 빛을 비추는 연구결과를 발표하였다. Hofmann 등은 개선된 시간분해 광전자분광법을 이용하여 실시간에서 겹층 그래핀의 전자 이동을 모니터하였다. 그 결과는 이 물질이 반도체 띠간격을 가졌다고 할 수 있으며 물질 성장방법에 따라 더 좋은 겹층 그래핀 FET를 만들 수도 있으리라는 것을 확인한다.

저자: Luca Perfetti
자료유형: 연구단신