랭커스터 대학(Lancaster University), 중국 과학원(Chinese Academy of Science), 칭화 대학(Tsinghua University)의 연구진은 중적외선 파장에서 작동하는 반도체 나노와이어를 제조하는데 성공했다.

실리콘 위에 1차원 나노와이어를 결합시킨 하이브리드 구조는 높은 집적 밀도를 가진 실리콘 기반의 포토닉스 집적 회로를 만드는데 매우 유용하다. 이런 구조를 기반으로 하는 유망한 장치 중의 하나는 실리콘 CMOS 위에 집적된 매우 민감한 적외선 초점면 어레이(infrared focal plane array)이다. 그러나 중적외선 및 원적외선 파장에서 작동되는 나노와이어를 만들기가 매우 어려웠다.

이번 연구진은 완전한 중적외선 스펙트럼 범위(예를 들어, 2-5 μm)에서 작동되는 실리콘 포토닉스를 만들기 위해서 실리콘 위에 광학적으로 효율적인 InAsSb 나노와이어를 집적시켰다.

높은 Sb 함량을 가진 InAsSb 나노와이어는 실리콘 기반의 광학 장치를 제조하는데 매우 유용하다. 그러나 높은 Sb 함량을 가진 InAsSb 나노와이어는 나노와이어의 품질 때문에 단지 4.0 μm 크기까지 제조할 수 있다.

이번 연구진은 광학적으로 효율적인 고품질의 InAsSb 나노와이어를 만들어서 중적외선 파장에서 작동하는 실리콘 기반의 광학 장치를 만들었다. 순수한 섬아연석형(zinc-blende) InAsSb 나노와이어는 효율적인 광루미네센스 방사(photoluminescence emission)를 가졌다. 또한 InAs 나노와이어에서 상온 광루미네센스 방사를 달성했고, 5.1 μm까지 InAsSb 나노와이어의 방사 파장을 확장시켰다.

이번 연구진은 액적 보조 분자빔 에피택스 기술(droplet-assisted molecular beam epitaxy)을 사용해서 높은 광학적 특성을 가진 나노와이어 속에 안티몬을 결합시키는데 성공했다.

이 연구는 실리콘 기반의 고효율 트랜지스터와 비용 효율적인 에너지 생산에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 또한 광학적으로 효율적인 InAsSb 나노와이어 재료를 구현시킴으로써 차세대 장치를 제조할 수 있는 새로운 길을 열어주었다.

이 연구결과는 저널 Nanotechnology에 “Optically efficient InAsSb nanowires for silicon-based mid-wavelength infrared optoelectronics” 라는 제목으로 게재되었다.