국내 대학·연구소·미국 대학 등 참여한 국제공동연구 통해 연구 기존 소재 비해 결함이나 불순물 없는 완벽한 나노 반도체 얻어 연세대학교 신소재공학부 최헌진 교수 연구팀은 최근 나노기술을 이용하여 자성 반도체 발광소자를 개발하는데 성공했다. 이번 연구 개발은 연세대와 KIST, 전북대 등 국내의 대학, 연구소와 미국 버클리 소재 캘리포니아 주립대학이 참여한 국제 공동연구를 통해 이루어진 것이다. 최헌진 교수는 이번 연구 개발의 배경이 스핀트로닉 정보소자 구현에 있다고 설명하고 있다. 그 동안 정보 소자는 전자의 전하를 이용해 왔다. 그러나 점차 전자의 전하는 대용량 정보를 고속으로 처리하는데 한계를 보이고 있고 이에 따라 최근 들어 전하 뿐만 아니라 전자가 갖고 있는 스핀 특성을 동시에 정보화 하는 연구, 즉 스핀트로닉(spintronic, 스핀과 일렉트로닉을 합친 말)에 대한 관심이 높아지고 있다는 것이다. 이 분야는 전하와 스핀을 동시에 활용할 수 있는 정보 소자 개발을 목표로 하고 있으며 이것이 실현될 경우 메모리나 트랜지스터, 발광소자 등에서 획기적인 용량 증가, 빠른 처리속도, 적은 전력 손실을 기대할 수 있다고 한다. 또한 비휘발성 및 양자 컴퓨팅 같은 차세대 정보 소자 개발도 가능할 것으로 예측된다. 그러나 아직까지 스핀트로닉 정보소자를 구현하는데 필수적인 상온에서 자성 특성을 갖는 우수한 반도체가 개발되지 못했으며 최헌진 교수 연구팀의 연구는 바로 이러한 자성 반도체를 개발하기 위한 것이다. 최 교수 연구팀은 나노기술을 이용하여 머리카락 모양의 나노와이어 자성반도체를 개발했다. 최 교수는 “이 나노 기술을 통해 기존 소재에 비해 결함이나 불순물이 없는 완벽한 단결정 나노 반도체를 얻을 수 있었으며 여기에 자성 원소를 도핑한 결과 상온까지 강자성 특성을 갖는 갈륨 나이트라이드 나노 반도체를 개발할 수 있었다”고 밝혔다. 특히 그 동안 이론적으로만 예측되었던 p-형 특성을 나노 자성 반도체를 통해 처음으로 확인했으며 이를 이용하여 자성 반도체 청색 발광 소자를 구현하는 성과를 거두었다. 연구결과 ‘어드밴스드 머티리얼’지에 게재 최헌진 교수 연구팀은 이번 연구결과가 차세대 반도체 소자 개발에서 나노 기술을 이용하면 기존의 한계를 극복할 수 있다는 가능성을 보여준 것이라고 의미를 부여하고 있다. 따라서 앞으로 스핀 발광소자나 스핀 트랜지스터 같은 정보소자를 자성 나노 반도체를 통해 개발할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 나노크기의 반도체 소재를 이용하기 때문에 개발되는 소자의 크기도 극소화 할 수 있을 것으로 예상된다는 것이 연구팀의 설명이다. 한편 이번 연구성과는 저명한 과학저널인 ‘어드밴스드 머티리얼’지 6월호에 게재되었다. 박미선 기자