▲ 바르토즈 지보브스키(Bartosz Grzybowski) UNIST 자연과학부 교수 연구팀은 금속나노입자로 논리회로 및 센서같은 전자소자를 만드는 방법을 개발했다. .

국내 대학에서 반도체 없이 전자기기 제품을 만들 가능성이 될 금속나노입자 논리회로 개발에 성공해 큰 주목을 받고 있다. 또한 해당 전하 말단에 다양한 종류의 이온과 분자를 붙여 센서 등으로 활용도도 클 것으로 보인다.

UNIST(울산과기원, 총장 정무영)는 바르토즈 지보브스키(Bartosz Grzybowski) 자연과학부 교수가 이끄는 연구진이 반도체가 아닌 금속나노입자를 이용해 논리회로 및 센서 같은 전자소자를 만드는 방법을 개발했다고 최근 밝혔다.

반도체 칩은 전자기기에서 복잡한 회로를 만드는데 필수적이지만 대부분은 물기가 있는 환경에서 망가지고, 유연하지도 않아 최근 주목받는 웨어러블 전자소자 개발이 어려워 많은 연구진들이 유연하면서도 습한환경에서도 정상적으로 작동할 재료를 찾고 있었다.

이에 연구진은 전하를 띠는 분자로 기능화시킨 금(Au) 나노입자를 이용해 처음으로 반도체 물질 없이도 회로 및 센서를 구현하는 데 성공했다. 전하를 띠는 분자로 변신한 금 나노입자는 유연하고 물기 있는 환경에서도 작동해 기존 반도체 전자소자의 단점을 극복할 수 있다.

연구진은 양전하(+)와 음전하(-)를 띠는 분자로 각각 코팅한 금 나노입자를 맞붙여 한쪽으로만 전자가 흐르는 소자(다이오드)를 만들었다. p형 반도체와 n형 반도체를 접합시켜 전자의 방향성을 만드는 다이오드(diode)와 같은 기능으로 이를 응용하면 복잡한 회로를 설계해 센서나 전자기기를 만들 수 있다.

금 나노입자를 둘러싼 전하에는 다양한 화학물질을 붙일 수도 있다. 이 점을 이용하면 습도나 가스, 금속 이온 등도 쉽게 알아챌 수 있다. 극히 미세한 각종 화학반응에 따른 변화를 전기신호로 잡아낼 수 있기 때문이다. 연구진은 실제로 습기 측정과 염산 등 유독성 가스를 감지하는 센서를 만들어 보이기도 했다.

지보브스키 교수는 “금속을 기반으로 전통적인 반도체와 유사한 기능을 보이는 물질을 만들어낸 최초의 사례”라며 “금 나노입자에 전하를 붙이는 기술을 활용하면 기존 반도체 회로에서 못하던 기능을 얻을 수 있을 것”이라고 기대했다.

그는 이어 “특히 이 기술은 습한 환경에서 쓸 수 있는 논리회로를 설계할 수 있는 촉망받는 접근법”이라며 “추가적인 공정이 개발된다면 잉크젯 프린터로 인쇄하듯 금 나노입자를 층으로 쌓아 복잡한 회로를 만들 수 있을 것”이라고 전망했다.

이번 연구결과는 세계적인 과학저널 네이처(Nature)의 자매지인 ‘네이처 나노테크노로지(Nature Nanotechnology) 3월 14일자 온라인 판에 공개됐으며, 4월호에 출판될 예정이다.

IBS 첨단연성물질연구단 그룹장이기도 한 바르토즈 지보브스키 교수는 교신저자이며, 중국 국립나노과학기술센터의 용 얀(Yong Yan) 박사가 제1저자로 연구를 진행했다. 미국 노스캐롤라이나대와 누맛 테크놀로지(NuMat Technologies)도 공동으로 연구에 참여했다.

▲ p-n 접합 반도체(a)와 각각의 전하를 띠는 분자로 코팅된 금 나노입자 접합 물질(b)의 비교.