국민대학교 전자공학과 대학원생 이용우 석박사 통합과정 16학번(반도체 소자 및 집적회로 연구실: 지도교수 김동명, 김대환, 최성진) 학생이 탄소나노튜브(carbon nanotube)를 이용한 고성능 인쇄 전자소자를 개발한 연구 결과를 2017 나노코리아(Nano Korea) 심포지움에서 발표하여 best poster award를 수상하였다. (수상 논문: High-performance, ink-jet printed 99% semiconducting carbon nanotube transistors with enhanced contact interfaces, 교신저자: 최성진 교수) 

나노코리아 심포지움은 나노기술 관련 최신 연구성과 교류와 확산을 위해 2003년부터 개최되어 15주년을 맞이하는 나노기술분야의 국제심포지엄이다. 약 2,000여명이 참여하여 세계적인 석학들의 기조 연설 및 주제 강연과 전문 기술 세션과 일반 세션 등 다양한 협력 세션 등으로 구성된 심포지움이다. 

잉크젯 프린팅을 이용한 인쇄 방식의 전자소자 제작 방법은 유연, 투명 기판을 포함한 다양한 기판에 빠른 시간 안에 높은 수율로 전자소자를 제작할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 따라서 차세대 물질을 이용하여 다양한 관련 연구가 활발히 보고되고 있다.

물질적 특성이 매우 우수한 탄소나노튜브를 이용하여 인쇄 전자소자를 제작하는 방식은 이미 많이 보고가 된 바 있으나, 전자소자를 구성하는 소스(source)와 드레인(drain) 전극을 형성할 시 사용되는 금속 입자(metal particle)와 탄소나노튜브와의 접촉 성질이 좋지 않아 전자소자의 성능이 제한되어 있었다. 또한 이런 접촉 성질은 전자소자의 특성에 큰 영향을 주기 때문에 반드시 개선되어야 하는 문제점이 있었다.

이용우 석박사 통합과정 학생은, 이러한 문제점을 개선하고자 소스와 드레인 전극 아래에 형성된 탄소나노튜브의 밀도를 국부적으로 최적화하여 금속 입자로 구성된 소스와 드레인 전극과 탄소나노튜브 사이의 접촉 성질을 개선하고, 이를 통해 고성능 탄소나노튜브 인쇄 전자소자를 제작하는 방식을 개발하였다. 또한, 이러한 방식으로 제작된 탄소나노튜브 인쇄 전자소자의 경우, 전기적 특성의 산포가 매우 우수함을 보고하여 학문의 완성도를 인정받아, 심포지움에서 best poster award를 수상하게 되었다. 개발된 제작 방식을 통해 고성능 탄소나노튜브 인쇄 전자소자를 제작하고, 이를 이용하여 다양한 탄소나노튜브 전자소자 회로의 제작이 매우 용이하게 될 것으로 예상되고, 더불어 저비용, 고효율의 인쇄 방식으로 고성능 칩의 제작이 가능하리라 예상된다. 이번 연구 성과는 한국연구재단의 선도연구센터지원사업(ERC)와 중견연구사업의 지원으로 수행되었다.

고성능 탄소나노튜브 인쇄 전자소자 모식도

밀도 조절된 탄소나노튜브의 원자간력현미경(AFM) 사진