국내 연구팀이 세상에서 가장 작은 반도체 구조를 규명했다.

기초과학연구원 현택환 나노입자 연구단장 연구팀은 27개의 원자로 구성된 세상에서 가장 작은 반도체 구조를 규명했다고 오늘 밝혔다.

이는 차세대 디스플레이와 광촉매 등 다양한 분야에 적용될 수 있는 중요한 기초 연구 결과라고 기초과학연구원측은 설명했다.

연구팀에 따르면 수십 개의 원자로 이뤄진 아주 작은 나노클러스터에 대한 연구도 있었으나 생성하기도 힘들고 구조를 밝히는데 번번히 실패했으며 특히 이러한 아주 작은 반도체 나노클러스터는 반응 중에 일시적으로 생겼다가 사라져 버리는 경우가 많아서 구조 분석이 어려웠다.

연구팀은 이에 따라 카드뮴 원자 14개와 셀레늄 원자 13개로 이루어진 현재까지 규명된 가장 작은 반도체 클러스터 카드뮴 셀레나이드(Cd14Se13)을 단일 사이즈로 만드는 새로운 방법을 고안했다.

연구팀은 단일 사이즈 클러스터의 안정성을 높이기 위해 기존 반도체 클러스터의 단일 자리 리간드를 3차 이중 자리 리간드로 대체했는데 이는 3명이 손을 마주 잡고 견고해지는 것과 같은 원리라고 설명했다.

연구팀은 이후 합성된 단일 클러스터 수십억 개를 규칙적으로 연결해 단결정을 만들었고 기존 반도체 클러스터의 경우 단일 자리 리간드로 인한 상호작용으로, 조절이 불가능하고 불안정한 뭉침이 일어났지만 새로 합성한 단일 사이즈의 반도체 나노클러스터는 무작위의 뭉침이 발생하지 않아 안정적으로 단결정을 성장 시킬 수 있었다고 밝혔다.

한편 연구팀은 단결정 X-ray 회절법을 통해 성장한 단결정의 독특한 구조를 분석했는데 이번에 합성한 반도체 나노클러스터는 셀레늄(Se)을 중심으로 카드뮴 셀레나이드(Cd14Se13)가 감싸고 있는 코어-케이지 구조를 이루고 있다고 덧붙였다.

현택환 단장은 “수십 년간 베일에 싸여있던 반도체 나노클러스터의 구조를 밝혔으며 이런 특이한 구조를 가진 나노클러스터는 앞으로 색다른 특성을 가진 나노 입자들을 제조하는데 사용될 것으로 기대한다”라고 말했다.

이번 연구 결과는 화학 분야 세계적 권위지 이자 셀 자매지인 켐지에 오늘 게재됐다.