과학칼럼
전자장치의 성능을 향상시키는 나노결정 배열 방식
미국 로렌스 리버모어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)의 연구진은 나노결정의 배열 방식을 조절함으로써 더 향상된 전자장치를 만들 수 있는 새로운 방법을 개발했다.
나노결정은 크기를 쉽게 조절할 수 있고 저비용으로 만들 수 있기 때문에 미국 로렌스 리버모어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)의 연구진은 나노결정의 배열 방식을 조절함으로써 더 향상된 전자장치를 만들 수 있는 새로운 방법을 개발했다.
나노결정은 크기를 쉽게 조절할 수 있고 저비용으로 만들 수 있기 때문에 첨단 전자장치의 빌딩 블록으로 유망하다. 그동안 나노결정 구조에 대한 연구는 광범위하게 진행되었지만, 전체 조립 프로세스를 관찰한 적은 없었다. 나노결정의 조립 프로세스에 대한 정량적 정보를 확인할 수 있다면 결정화 과정을 더 잘 제어할 수 있기 때문에 더 향상된 나노결정을 얻을 수 있다.
소자 내부의 나노결정은 나노결정의 특성과 배열 방식에 따라서 집합적인 물리적 특성이 달라진다. 정렬된 나노결정 또는 초격자는 더 많은 전하를 수송할 수 있지만, 아직까지 나노결정 초격자로 제조된 장치는 거의 없다.
대부분의 이전 연구는 용매 증발제를 점진적으로 제거함으로써 나노결정 초격자를 생성했다. 그러나 이러한 방법은 용액의 부피 및 형태를 제어할 수 없고 모세관 힘이 건조 중에 발생하기 때문에 조립 프로세스에 대한 정량적인 정보를 얻을 수 없었다.
이번 연구진은 전계 구동형 성장을 이용해서 이런 문제점을 해결했다. 잘 정렬된 3차원 나노결정 초격자의 조립을 유도하기 위해서 전기장을 사용했다. 전계는 나노결정 용액의 부피, 모양, 조성을 변화시키지 않으면서 국부적인 농도를 증가시키기 때문에 정량적인 정보를 얻을 수 있었다.
전계는 초격자의 핵생성 및 성장을 유도하는 농도 구배를 생성했다. 놀랍게도 이러한 전계는 입자들을 크기에 따라서 분류했다. 전계는 성장 동안에 나노결정 용액을 농축하고 정제했다.
이런 크기 정렬 효과로 인해서 초격자 결정은 더 잘 정렬되고 나노결정의 크기를 성장 중에 조절할 수 있었다. 이것은 첨단 광전자 장치를 개발하는데 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이것은 적외선 감지기의 모니터 색상을 향상시키는 유망한 방식이 될 것이다.
이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “Space- and time-resolved small angle X-ray scattering to probe assembly of silver nanocrystal superlattices” 라는 제목으로 게재되었다.
첨단 전자장치의 빌딩 블록으로 유망하다. 그동안 나노결정 구조에 대한 연구는 광범위하게 진행되었지만, 전체 조립 프로세스를 관찰한 적은 없었다. 나노결정의 조립 프로세스에 대한 정량적 정보를 확인할 수 있다면 결정화 과정을 더 잘 제어할 수 있기 때문에 더 향상된 나노결정을 얻을 수 있다.
소자 내부의 나노결정은 나노결정의 특성과 배열 방식에 따라서 집합적인 물리적 특성이 달라진다. 정렬된 나노결정 또는 초격자는 더 많은 전하를 수송할 수 있지만, 아직까지 나노결정 초격자로 제조된 장치는 거의 없다.
대부분의 이전 연구는 용매 증발제를 점진적으로 제거함으로써 나노결정 초격자를 생성했다. 그러나 이러한 방법은 용액의 부피 및 형태를 제어할 수 없고 모세관 힘이 건조 중에 발생하기 때문에 조립 프로세스에 대한 정량적인 정보를 얻을 수 없었다.
이번 연구진은 전계 구동형 성장을 이용해서 이런 문제점을 해결했다. 잘 정렬된 3차원 나노결정 초격자의 조립을 유도하기 위해서 전기장을 사용했다. 전계는 나노결정 용액의 부피, 모양, 조성을 변화시키지 않으면서 국부적인 농도를 증가시키기 때문에 정량적인 정보를 얻을 수 있었다.
전계는 초격자의 핵생성 및 성장을 유도하는 농도 구배를 생성했다. 놀랍게도 이러한 전계는 입자들을 크기에 따라서 분류했다. 전계는 성장 동안에 나노결정 용액을 농축하고 정제했다.
이런 크기 정렬 효과로 인해서 초격자 결정은 더 잘 정렬되고 나노결정의 크기를 성장 중에 조절할 수 있었다. 이것은 첨단 광전자 장치를 개발하는데 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 이것은 적외선 감지기의 모니터 색상을 향상시키는 유망한 방식이 될 것이다.
이 연구결과는 저널 Nature Communications에 “Space- and time-resolved small angle X-ray scattering to probe assembly of silver nanocrystal superlattices” 라는 제목으로 게재되었다.
이 저작물은 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-변경금지 4.0 국제 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
