전류 전달 능력이 크게 향상된 탄소 나노 튜브

탄소나노튜브를 파괴되는 점까지 밀면 나노튜브의 전류 운반 능력이 놀랍게 증가하

는 것을 일리노이 대학 연구진이 발견하였다. 연구진은 반도체 탄소 나노튜브의 애

버런시(avalanche) 프로세스를 통하여 더 많은 전자를 운반할 수 있도록 하는 데 성

공하였다. 이것은 여러 차선이 하나의 차선보다 더 많은 차량을 이동시킬 수 있다는 

것과 비슷하다. 단일벽 탄소 나노튜브는 구리와 같은 가장 성능이 좋은 금속보다 100

배나 더 큰 전류 밀도를 운반할 수 있다는 것이 이미 알려져 있다. 그러나 이제 일리

노이 대학 연구진은 반도체 나노튜브가 이전에 알려진 것보다 2배나 더 큰 전류를 운

반할 수 있다는 것을 보여주었다. 

Physical Review Letters에 보고된 바에 따르면 연구진은 고전기장(마이크론당 10

볼트)에서 활동적인 전자와 정공이 추가적인 전자-정공쌍을 만들어내어 자유전자

를 증폭시키고 전류가 나노튜브가 끊어질 때까지 급속히 증가하는 애버런시 효과를 

일으킬 수 있다는 것을 발견하였다. 이 급속한 전류의 증가는 이전의 나노튜브에서

는 관측된 적이 없는, 고전기장에서 특정한 반도체 다이오드와 트랜지스터에서 관측

된 현상인 애버런시 충격 이온화의 시작 때문이라고 연구진은 말하였다. 

금속성 나노튜브에서 흐를 수 있는 최대 전류 운반 능력은 약 25 마이크로 암페어라

고 알려져 있으나 반도체 나노튜브의 전류 운반 능력에 대해서는 덜 알려져 있다. 이

전의 이론적인 예측값은 반도체 나노튜브에서 단일 밴드 전도에 대해서도 비슷한 한

계가 존재할 것으로 제안되었다. 전류 특성을 연구하기 위해서 연구진은 패턴화된 

철 촉매로부터 화학증기 증착법으로 단일벽 탄소 나노튜브를 성장시켰다. 팔라듐

(Palladium) 접촉을 측정 목적으로 사용하였다. 

그 다음 연구진은 산소가 없는 환경에서 나노튜브를 끊어지는 점 근처까지 밀었다. 

연구진은 전류가 25 마이크로 암페어까지 상승하다가 멈추었다가 더 높은 전기장에

서 급속히 증가하는 것을 발견하였다. 연구진은 반복적인 실험을 통하여 이전에 보

고된 값의 두 배에 해당하는 40 마이크로 암페어의 전류를 얻었다고 말하였다. 매우 

높은 전기장을 나노튜브에 유도함으로써 연구진은 전하 운송자의 일부를 애버런시 

프로세스의 일부로써 근처의 서브밴드로 밀었다. 

이렇게 함으로써 전자와 정공이 한 개의 경로 대신에, 몇 개의 이용 가능한 경로를 

따라 움직일 수 있게 되어 훨씬 더 많은 전류를 운반할 수 있게 되는 것이다. 에너지 

갭이 없는 금속성 나노튜브에서는 관측되지 않은 애버런시 프로세스는 반도체 나노

튜브에 추가적인 기능을 더해 줄 수 있다고 연구진은 말하였다. 연구진은 그들의 연

구 결과가 매우 높은 비선형 특성을 가진 애버런시 유도된 디바이스를 반도체 단일 

벽 나노튜브로 제작할 수 있음을 보여주는 것이라고 말하였다. 

http://www.physorg.com/

출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-02-10