고려대학교 KU-KIST 융합대학원 왕건욱, 이철호 교수 연구팀은 공동으로 유기 단 분자와 이차원 반도체 물질의 접합 특성을 이용해 단 분자 수준(< 2nm)의 다이오드 소자를 제작했다.

다이오드는 스위칭, 신호 전달, 정류 등에 주로 이용할 수 있는데, 1974년 Avriam & Ratner 에 의해 이론적 제안으로 시작된 분자 전자 연구 분야는 단 분자 소재(1-2 nm)를 이용해 초고집적, 저비용, 저전력 전자 소재·소자로서 활용될 수 있는 장점으로 기존 실리콘 기반 CMOS 전자소자 스케일을 단 분자 수준 (1-2 nm)로 낮출 수 있다는 점에서 차세대 저전력·저차원 전자 소재·소자로 주목받아 오면서 다양한 방법으로 분자 수준의 다이오드를 구현하기 위해 연구가 진행돼 왔다.

기존의 분자 다이오드를 구현하는 방법은 특수한 분자를 합성해 분자 내에 특정 분자 오비탈 에너지 준위를 조절하면서 전압 인가 방향에 따라 전하 수송의 차이가 생겨 다이오드를 구현해왔다. 기존의 방법으로 정류비(Rectification Ratio) 100 이상을 얻기가 매우 어렵고, 특히 제한된 소자 형태로만 개념적으로 증명하는 것으로 발전돼 왔다. 본 연구에서는 특수한 분자를 합성하지 않고, 가장 쉽게 구할 수 있는 유기 단 분자 소재와 이차원 반도체 물질의 에너지 밴드 접합 특성만으로도 최대 정류비 ~104 이상을 가지는 새로운 형태의 분자 다이오드를 구현할 수 있음을 증명했다.

이번 연구 결과는 세계적 권위 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 3월 16일 자에 게재됐다.

장성환 다른기사 보기