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'표면 플라즈몬 폴라리톤'에 해당되는 글 1

  1. 2011.11.23 꿈의 소재 그래핀으로 만드는 미래 반도체
2011. 11. 23. 14:00 대덕밸리과학소식/ETRI
□ 그래핀은 원자번호 6번인 탄소로 구성된 나노물질입니다. 쉽게 이해하려면 연필심인 흑연을 떠올리면 됩니다.

그래핀은 두께가 0.2nm로 얇지만 물리 화학적 안정성가 매우 높습니다.

특히 구리보다 100배 이상 전도도가 좋으면서도, 반도체 소재인 단결정 실리콘보다 전자를 100배나 빠르게 이동시킬 수 있는데다, 강도는 철보다 200배 이상 강하고, 열전도성은 다이아몬드의 2배 이상입니다.
 
게다가 탄성이 좋아 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않기 때문에 '꿈의 나노물질'로 불립니다.

□ ETRI(한국전자통신연구원) 그래핀소자창의연구실 김진태 박사와 KAIST 전자공학과 최성율 교수가 공동으로 그래핀 기반의 플라즈몬 광도파(metal strip optical waveguide) 소자를 개발했습니다.

플라스몬(plasmon)이란 금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말하는데, 금속의 나노 입자에서는 플라스몬이 표면에 국부적으로 존재하기 때문에 표면 플라스몬(surface plasmon)이라고도 합니다.


연구팀은 화학기상증착(chemical vapor deposition: CVD)법을 통해 성장한 그래핀을 기반으로 집적 광회로 구현이 가능한 그래핀 플라즈몬 광도파로 기술을 개발했습니다.

‘그래핀 기반 플라즈몬 광도파로 및 광회로’ 개념도

금속-유전체 경계면에서 발생되는 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polartion: SPP)의 특성과 응용을 연구하는 플라즈모닉스(plasmonics) 분야에서는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속을 이용하는 금속선 광도파로에 대한 연구를 오랫동안 진행했습니다.

하지만, 금속의 전도도는 외부의 자극(전기장 등)을 통해 변화시킬 수 없어, 금속을 기반으로 하는 플라즈몬 광도파로의 응용은 한계에 다다르고 있습니다

반면, 반도체 특성을 갖는 그래핀의 전도도는 화학적 도핑(doping), 전기장, 자기장 그리고 게이트 바이어스(bias) 전압 조절 등을 통해 변화시킬 수 있어, 기존에 금속이 갖는 한계를 극복하는 신개념의 광전자소자를 개발할 수 있는 무한한 가능성을 갖고 있습니다.
 
이번에 개발한 그래핀 광도파로 기술은 기존에 이론적으로만 연구되고 있는 그래핀을 통한 광도파 특성을 실험적으로 증명한 것입니다.

특히 그래핀을 통한 광통신 성능을 확인함으로써, 그래핀 광도파로를 기존의 반도체 소자와 결합하여 광통신 및 전기통신이 동시에 가능한 차세대 광 반도체 융합 신소자로서의 개발 가능성을 크게 열었습니다.

연구진은 그 동안 금속 플라즈모닉스 기반의 나노 집적 광전자 소자를 연구해 '옵틱스 익스프레스(Optics Express)', '어플라이드 피직스 레터스(Applied Physics Letters)' 등 저명 학술지에 10 여 편의 관련 논문을 게재했습니다.

관련 논문은 광학분야 최고 권위의 저널인 '옵틱스 익스프레스(Optics Express)' 11월호에 게재됐습니다.
(논문명 : Graphene-based plasmonic waveguides for photonic integrated circuits)

 용  어   설  명

광도파 :
광파를 단면이 국한된 투명매질내에 가두어 놓고 매질의 축방향으로 전파시키는 것

표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polartion: SPP) :
금속의 자유전자 진동과 광이 결합된 양자 입자

전도도 :
전류가 통과하기 쉬운 정도로 전류를 전압으로 나눈 값
posted by 글쓴이 과학이야기

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