실리콘 나노선 및 게르마늄-실리콘 코어-쉘 나노선의 원자구조.

[아시아경제 최장준 기자] 카이스트(KAIST)는 30일 장기주 교수팀이 게르마늄-실리콘 나노선에서 불순물도핑 없이 양전하가 생기는 원인을 밝혔다고 발표했다.

반도체 나노선의 소자응용은 불순물을 더해 양전하 또는 음전하를 띤 정공(hole)이나 전자운반자를 만들어 전류가 흘러야 한다.

그러나 나노선의 지름이 작아져 나노미터수준에 이르면 불순물 넣기가 어려워 전기전도조절은 더 힘들어진다.

이에 반해 게르마늄 나노선을 얇은 실리콘껍질로 둘러싼 코어-쉘(core-shell)구조를 지닌 나노선을 만들면 불순물을 도핑하지 않아도 게르마늄코어에 정공이 만들어지고 전하이동도는 크게 는다.

연구진은 제일원리 전자구조계산을 통해 게르마늄 코어와 실리콘 쉘의 밴드구조가 어긋나 게르마늄코어의 전자가 실리콘 쉘의 겉면흠으로 전하이동을 할 수 있어 코어에 양공이 생기는 걸 밝혀냈다.

또한 반도체 나노선을 만드는 과정에서 촉매로 쓰는 금(Au) 원자들이 실리콘 쉘에 남아 게르마늄코어의 전자를 빼앗는 것도 처음 알아냈다.

장 교수는 “이번 연구결과는 수수께끼였던 게르마늄-실리콘 나노선의 양전하가 생기는 원인과 산란과정을 거치지 않는 정공의 높은 전하이동도에 대한 이론적 모델을 만든 것”이라며 “ 이를 바탕으로 불순물도핑 없는 나노선의 소자응용과 개발에 크게 이바지할 것”이라고 말했다.

최장준 기자 thispro@asiae.co.kr
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