나무로 반도체칩 제조...실리콘칩 수준 성능 > 과 학

실리콘 대신 나무섬유를 사용한 반도체칩이 등장했다.

네이처커뮤니케이션은 26일(현지시간) 美위스콘신대 연구팀이 나무성분으로 된 전자 제품용 반도체칩을 만들었으며 기존 실리콘방식 반도체와 비슷한 성능을 보였다고 발표했다. 이 연구는 美농업임업제품연구소(FPL)와 공동으로 이뤄졌다.

연구진은 나무에서 뽑아낸 ‘셀룰로스 나오파이브릴(Cellulose NanoFibril·CNF)’로 불리는 유연하고 얇은 종이 형태의 반도체칩(기판)을 만들었다. 이 나무성분 반도체칩의 회로는 기존 방식으로 구성됐다.

이 칩을 만들기 위해서는 나무를 종이제작 수준보다 더 잘게 만드는 과정을 거치게 된다.

FPL의 치용카이는 “나무를 섬유수준까지 잘게 분쇄하면 가장 일반적인 형태인 종이가 된다. 종이 두께는 1미크론(0.0001cm)이다. 하지만 우리는 이를 나노(10억분의 1)미터급으로 잘게 부수어 아주 강력하고 투명한 CNF종이를 만들 수 있다”고 설명했다. ‘

위스콘신대 연구팀은 생분해성 반도체칩을 만든 후 이 칩이 기존 실리콘칩과 비슷한 성능을 보인다는 점을 확인했다. 무독성이고 생분해성인데다가 유연성이 뛰어나다. 투명한 셀룰로스 기판(칩재료의 99%)위에 설계된 갈륨비소트랜지스터가 보인다. 사진=정예환 위스콘신대 나노엔지니어링디바이스연구소
<위스콘신대 연구팀은 생분해성 반도체칩을 만든 후 이 칩이 기존 실리콘칩과 비슷한 성능을 보인다는 점을 확인했다. 무독성이고 생분해성인데다가 유연성이 뛰어나다. 투명한 셀룰로스 기판(칩재료의 99%)위에 설계된 갈륨비소트랜지스터가 보인다. 사진=정예환 위스콘신대 나노엔지니어링디바이스연구소>



연구진은 이 칩을 부드럽게 유지하는 한편, 늘어나거나 줄어들지 않도록 하기 위해 에폭시 코팅재로 덮었다. 이 칩은 생분해성 외에 유연성까지 갖추고 있다.

마 박사는 “기존 반도체공정의 양산 비용은 아주 쌉니다. 따라서 반도체업계가 우리의 이 나무칩 디자인을 받아들이기까지는 시간이 걸릴 겁니다. 하지만 전자제품의 미래는 유연하게 만드는 데 달려 있습니다 . 그리고 우리는 이 발전 곡선보다 훨씬 더 앞서 있다고 생각합니다”라고 말했다.

이 나무 칩(기판)의 친환경성에 대해 제니키앙 마 위스콘신매디슨대 박사는 “이들은 비료만큼이나 안전하다”고 말했다.

일반적으로 반도체 칩에서 맨 위층의 재료 구성비율은 1% 이하인 반면 칩 아래 동작층 재료 구성비율은 99%나 된다. 공동저자인 정예환 위스콘신대 대학원생은 “5x6mm 크기인 CNF기판 위층에 1천500개의 갈륨비소 트랜지스터를 설계해 적용했다”고 말했다.

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