서울대학교

□ 연구진
서울대 김기범 교수(나노응용시스템연구센터 및 재료공학부)는 나노 포어 구조를 안정적으로 제작하여 이온의 흐름을 전기적으로 제어할 수 있는 ‘나노포어 이온 트랜지스터’ 소자를 개발하였다. 원자층 증착 공정(ALD, Atomic Layer Deposition)을 통하여 1~2 nm (nm=10억분의 1 m) 수준의 나노 포어 구조의 제작 방법을 제시한 이 연구 결과는 미국 화학회지인 ‘나노 레터 (Nano Letters)’ 5월판에 게재되었으며, ‘NPG (Nature Publishing Group) Asia Materials 7월판 하이라이트 연구결과로 선정되었다.

김기범 교수 연구팀은 100nm 두께의 멤브레인 구조에 전자빔 리소그래피와 원자층 증착 공정을 이용하여 나노 포어를 제작하는 공정을 개발하였다. 또한 멤브레인 내부에 금속층을 삽입함으로써 게이트가 존재하는 트랜지스터 구조를 제작하였으며, 이를 통해 나노 포어 벽의 표면 전하를 전기적으로 조절하는 것이 가능하였다.
결과적으로 나노 포어를 따라 흐르는 이온의 흐름을 선택적으로 제어가 가능한 이온 트랜지스터를 구현할 수 있었다.
특히 기존의 나노 포어 제작 공정은 매우 느리고, 불균일하며, 대면적 공정이 불가능한 방법들이었지만, 연구팀이 제시한 나노 포어 제작 공정은 현 반도체 소자 제작 공정에 널리 사용되는 방법인 전자빔 리소그래피와 원자층 증착법을 사용함으로써 기존의 방법과 달리 나노 포어를 안정적이며 신뢰성 있게 제작할 수 있다. 또한 원자층 증착법의 장점인 균일한 증착률을 이용하여 나노포어의 크기를 1나노미터 수준에서 조절하는 것이 가능하다.

이번 연구결과에 대해 NPG 아시아 머티리얼스는 "기존의 고체 전자 소자와 양립 가능한 방법으로 이온 트랜지스터를 집적하는 방법을 제시한 논문" 이라고 평가했다.
김교수는 "다음 단계로 이온뿐만 아니라 DNA와 같은 바이오 분자의 운동을 전기적으로 제어할 수 있는 연구를 진행할 것이며, 이는 고체소자를 통한 DNA 염기서열해독 연구에 큰 가능성을 제시할 것이다"라고 전망했다.

□ 연구진 소개
서울대학교 재료공학부 김기범 교수
[학력]
- Stanford University 재료공학과 박사 졸업(1990)
- 서울대학교 금속공학과 석사 졸업(1983)
- 서울대학교 금속공학과 학사 졸업(1980)
[경력]
- 서울대 재료공학부 교수(1992~present)
- IBM T. J. Watson Research Laboratory, Visiting Professor(2007~2008)
- Applied Materials Inc., Research Scientist(1991~1992)
서울대학교 재료공학부 남성욱 박사
- 서울대학교 재료공학부 박사 (2009)
- 서울대학교 재료공학부 학사 (2003)