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나노 컴퓨터의 최근 개발 동향

2011.10.13 13:40

관리자 조회 수:3684

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재미있는 화공





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[2004-03-22]



나노 컴퓨터의 최근 개발 동향







지난 25년 간 전자산업에서의 소형화는 과학적/경제적 진보의 핵심적인 역할을 해왔으며 나노 전자공학은 차세대의 프론티어로 주목받고 있다. 본 보고서는 나노 컴퓨터의 실현을 위한 획기적인 진보들에 대하여 간략하게 소개한다.
최근 몇 년 동안, 연구자들은 탄소 나노튜브를 근간으로 하는 분자 크기의 트랜지스터와 반도체 나노와이어에 대하여 보고해 오고 있다. 그러나 최근에 Science 29권 page 1317과 1313에 소개된 Bachtold와 Huang 두 그룹의 연구결과는 최초로 단일 디바이스 수준에서 회로수준으로 발전시킨 분자 전자공학의 진보라고 할 수 있다. 이 두 그룹은 분자 디바이스의 실용화에 필수적인 두 가지 조건을 만족하는 새로운 방법을 고안하였다. 여기서 두 가지 조건이란 첫째, 트랜지스터들이 출력/입력비가 1보다 커서 신호의 증폭을 실현하여야 한다는 것이고, 둘째 각각의 트랜지스터가 할당된 ‘게이트’ 접촉에 의하여 조절되어야 한다는 것이다.

Batchtold그룹의 연구는 실리콘 지지체에 흡착된 반도체 나노튜브가 오늘날의 마이크로 컴퓨터의 트랜지스터와 같은 거동을 보인다는 동 연구진의 이전 연구결과를 확장한 것이다. 그러나 이전의 연구에서는 조절 게이트 접촉이 실리콘 칩 전체로 이루어 졌기 때문에, 설치된 다중 나노튜브가 동시에 작동되어야 했으며, 실리콘 옥사이드 절연체의 두께가 두꺼워서 파워 게인이 1보다 작은 단점이 있었다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 동 연구진은 로컬 게이트 접촉의 패턴 형성을 위하여 전자선 식각법을 적용한 후 공기 중에 노출시켜 매우 얇은 절연층을 만들어 내었다. 이 결과로 절연층의 두께가 현저하게 감소되어 나노튜브 트랜지스터가 10이상의 높은 출력/입력 비율을 나타내며 독립적으로 작동할 수 있게 되었다. 이러한 나노튜브 트랜지스터를 식각에 의하여 생성된 금 연결부과 함께 연결하여 일련의 논리 회로를 설계하였다.

Huang의 그룹도 회로를 만들기 위한 이전의 연구를 진보시켰는데, 금년 초에 나노와이어로 이루어진 다이오드와 쌍극 트랜지스터에 대하여 소개한 바 있다. 위에 명시된 연구에서, 동 연구진은 OR과 AND 게이트를 다이오드만으로 조립하였지만, 다른 종류의 회로의 구성을 위하여 나노와이어 트랜지스터의 개발이 필요하였다. 새로운 나노와이어 트랜지스터는 두 개의 나노와이어를 교차시킨 후 산화 절연층을 만들기 위하여 가열하였다. Bachtold의 나노튜브 트랜지스터와 마찬가지로 나노와이어 트랜지스터는 절연층 내에서 로컬 게이트 접촉을 특징으로 하며 트랜지스터 회로로 쉽게 변환될 수 있다. 한 가지 특이한 점은 Huang등이 개발한 나노와이어 트랜지스터는 식각과 같은 “top-down" 방법이 없이 미세 유체를 활용한 ”bottom-up" 방식의 병렬 조립법으로 조립된다는 사실이다. 이러한 특징으로 인하여 많은 수의 디바이스를 만들어 재현성 있게 시험할 수 있는 장점이 있다.

위에서 언급한 두 연구 그룹이외에도 여러 연구자들에 의하여 분자 크기의 컴퓨터를 개발하기 위한 다각적인 노력이 전개되고 있는데, 전체적으로 크게 네 가지 방법으로 분류해 볼 수 있다(그림 참조). 이를 나열해 보면, 반도체와 금속의 나노와이어, 탄소 나노튜브와 fullerene, 저분자 유기 물질, 그리고 생물 분자를 이용하는 방법이다.

현재까지 이룩한 나노 전자공학의 가장 주목할 만한 진보는 각각의 분자 또는 분자 크기의 구조를 논리 회로로 조립이 가능하다는 점이다. 실제로 나노 컴퓨터가 상업화되기 위하여 해결해야할 난제들이 아직 많이 남아있는 것이 사실이지만, 지금까지의 연구 성과에 비추어 볼 때 분자 전자공학과 나노기술은 매우 유망할 것으로 예측된다.

(Science, Vol 294, 1293-1294 (2001)).

(※ 출처 : http://www.withche.com/)
동의대학교 화학공학과는 본 내용을 교재로 사용하고 있습니다