초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 직접적인 오비탈-게이팅 방식에 의해 작동하는 분자 터널링 트랜지스터 소자기술 개발을 목표로 한다. 다양한 기능성 분자소재(단분자 혹은 단분자막)가 물리적 혹은 화학적 방법으로 나노갭 전극 사이에 연결되어 전하이동의 채널 역할을 하게 된다. 이 때 분자 오비탈 에너지(HOMO 혹은 LUMO)와 전극의 페르미 에너지간의 차이는 전하이동에 대한 터널링 장벽을 형성하고, 전기적 게이팅 방식에 의해 오비탈 에너지를 조절하여 궁극적으로 터널링 장벽의 크기를 낮추거나 높일 수 있다. 오비탈-게이팅에 기반을 둔 분자

□ 연구개요
본 연구는 직접적인 오비탈-게이팅 방식에 의해 작동하는 분자 터널링 트랜지스터 소자기술 개발을 목표로 한다. 다양한 기능성 분자소재(단분자 혹은 단분자막)가 물리적 혹은 화학적 방법으로 나노갭 전극 사이에 연결되어 전하이동의 채널 역할을 하게 된다. 이 때 분자 오비탈 에너지(HOMO 혹은 LUMO)와 전극의 페르미 에너지간의 차이는 전하이동에 대한 터널링 장벽을 형성하고, 전기적 게이팅 방식에 의해 오비탈 에너지를 조절하여 궁극적으로 터널링 장벽의 크기를 낮추거나 높일 수 있다. 오비탈-게이팅에 기반을 둔 분자 트랜지스터 소자기술에 대한 본 과제의 세가지 핵심 연구 주제는 1) n형과 p형 전하이동에 대한 분자 트랜지스터 소자 개발, 2) 분자소재의 치환기(substituent groups)를 이용한 분자 트랜지스터에 대한 도핑(doping) 기술 확보, 그리고 3) 그래핀(graphene) 나노구조 전극을 이용한 고효율 분자소자기술 개발이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
(1) n형과 p형 전하이동에 대한 분자 트랜지스터 소자 개발:
- 금속 나노갭 전극의 양단에 기능성 분자소재가 자기조립(self-assembly) 방식으로 연결하여 전극-분자-전극 이종접합(heterojunction) 구조 제작완료
- 게이트 전극에 인가된 전압은 분자의 오비탈 에너지를 조절하여 분자 트랜지스터의 터널링 전하이동의 제어기술 개발
다양한 금속전극(Au, Pt, Cu, Ni 등)과 기능성 분자 말단기(-SH, -NH₂, -CN, -NC 등)의 조합을 디자인하여, 궁극적으로 n형과 p형 전하이동의 분자 트랜지스터 기술개발
(2) 분자소재의 치환기(substituent groups)를 이용한 분자 트랜지스터에 대한 도핑(doping) 기술 확보:
- electron-donating 혹은 electron-withdrawing 역할을 하는 다양한 화학적 치환기들을 이용하여 분자 트랜지스터의 도핑 기술개발
- 전이전압 분광법(transition voltage spectroscopy)으로 분자 트랜지스터의 오비탈 에너지의 위치를 정략적으로 측정하는데 성공
(3) 그래핀(graphene) 나노구조 전극을 이용한 고수율 분자소자기술 개발:
그래핀-분자-그래핀 수직형 소자구조를 이용한 안정하고 고효율의 분자소자 기술 확보하였고, 전하수송 특성이 분자고유의 특성에 따른 터널링임을 실험적으로 확인

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구과제를 통하여 분자 트랜지스터를 이용한 단분자의 전하수송 메커니즘을 규명함으로써 분자를 통해서 전하의 이동을 조절 할 수 있는 기술을 개발하였다. 이것은 궁극적으로 나노-스케일의 소자의 특성을 분자수준에서 제어 할 수 있는 가능성을 보여주는 근본적인 연구로서 “분자전자학(molecular electronics)”분야에서 원천 기술을 확보 할 수 있다는 점에서 연구 성과의 파급효과가 크다. 또한 이번 연구를 바탕으로 분자-스케일의 전하수송과 분광학적인 in situ 분석방법을 수행하여 궁극적인 단분자 측정 및 센싱 시스템을 개발에 활용 할 수 있다. 세계적 기술수준에 있는 국내 반도체산업과 더불어 분자소자 개발연구가 성공적으로 이루어진다면 관련분야의 산업 및 경제발전에 큰 기여가 예상된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• (1) 분자 터널링 트랜지스터 소자 디자인 및 제작 ... 6
• (2) 단층 그래핀을 전극으로 이용한 분자전자소자 제작 및 소자 특성연구 ... 7
• (3) Graphene/Molecule/Graphene 분자소자의 전하수송 특성 ... 10
• (4) n형과 p형 전하이동에 대한 분자 트랜지스터 개발 ... 11
• (5) 분자 터널링 트랜지스터의 도핑 기술 개발 ... 12
• (6) 그래핀 나노구조 전극을 이용한 고효율 분자 소자 개발 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 18
• 끝페이지 ... 19