텍사스 대학(University of Texas)의 연구진은 실리콘-게르마늄(SiGe)의 경우에 나노입자의 형상에 따라서 특성이 달라진다는 것을 발견했다. 예를 들어, 높은 면-처리된 나노입자는 높은 열 안정성 및 광학 특성을 가진다.

물질은 나노입자일 때와 벌크 상태일 때에 따라서 특성이 달라진다. 실리콘 트랜지스터의 기술적 진보는 수십 년 동안에 무어의 법칙을 유지할 수 있게 했지만, 실리콘의 물리적 한계로 인해서 곧 한계에 도달하게 될 것이다. III-V 족 반도체는 잠재성을 가지고 있지만 실리콘보다 희귀하고 다른 합금 속에 쉽게 혼합될 수 없다.

SiGe는 1950년대부터 연구되었으며 실리콘보다 좁은 밴드갭과 짧은 응답 시간으로 인해서 혼합-신호(mixed-signal) 및 아날로그 회로에 이미 적용되고 있다. SiGe는 실리콘이 전체적으로 혼재되어 있기 때문에 실리콘 기술과 호환될 수 있고 실리콘 웨이퍼와의 불일치 문제를 걱정하지 않아도 된다.

그러나 SiGe가 순수한 실리콘 트랜지스터를 대신하려면 이 합금이 차세대 칩에서 어떻게 작동하는지를 더 잘 이해해야 한다. 이것을 달성하기 위해서 이번 연구진은 입자 크기와 모양에 따라서 SiGe의 열적 및 광학적 특성이 어떻게 변화되는지를 조사했다.

정육면체 및 사면체 나노입자는 입자 크기가 감소함에 따라서 밴드갭이 크게 증가한다. 이에 비해서 작은 구형 입자들은 이런 크기 변화에 큰 영향을 받지 않는다. 상전이는 모든 나노입자에서 거의 일정하고, 벌크 재료와 거의 차이가 없었다.

이 연구는 SiGe 나노입자를 크기, 모양, 조성에 따라서 다양하게 합성하는데 도움을 줄 것이다. 향후에 단일 SiGe 나노입자로 구성된 트랜지스터는 순수한 실리콘 트랜지스터를 대체할 수 있을 것이고, 이로 인해서 무어의 법칙은 계속 유지될 수 있을 것이다. 또한 이 연구결과는 계산 및 열전기 공학 분야에 나노입자를 적용하는데 큰 도움을 줄 수 있을 것이다.

이 연구결과는 저널 Nanotechnology에 “Thermal stability and optical properties of Si–Ge nanoparticles” 라는 제목으로 게재되었다.