평면 디스플레이를 위한 탄소나노튜브

  

캐나다와 미국 연구진에 의한 새로운 연구에 따르면 탄소나노튜브 광전자 소스

(Carbon nanotube photoelectron source)는 진공 나노전자장치(vacuum 

nanoelectronics)와 태양전지 기술을 포함한 다양한 영역에서 기대했던 것보다 더 

많은 빛을 흡수할 수 있다는 결과를 내놓았다. 

 

탄소나노튜브는 뛰어난 전자적 성질과 기계적 성질을 가지고 있어서 트랜지스터, 센

서, 액추에이터(actuator) 그리고 나노복합물 같은 다양한 미래 장치에 적용할 수 있

다. 또한 탄소나노튜브는 외부 전기장이나 빛에 노출시켰을 때 많은 전류를 발생하

는 매우 좋은 전자 방출 특성을 가진다. 이것은 평면 디스플레이나 심지어 태양 전

지 같은 곳에 유용하게 적용될 수 있다. 

 

많은 연구에서 나노튜브로부터 전기장-전자 방출(외부 전기장을 사용해서 전자 방

출)을 실행했지만 광전자 방출(빛이 이미터 위에 비추어졌을 때 발생하는 전자 방

출)에 거의 관심을 가지지 않았다. 브리티시 컬럼비아대학(University of British 

Columbia)과 스탠포드 대학(Stanford University)의 연구진은 튜브에 자외선을 비추

었을 때 단일벽 탄소나노튜브의 빈약한 수집(sparse collection)에 대한 첫 번째 광

방출 측정에 대해서 보고했다. 이 연구진은 관찰된 전자 방출 전류가 나노튜브 홀로 

있을 때의 표면적에서 기대했던 것보다 훨씬 더 높았다는 것을 발견했다. 

 

나노튜브들은 많은 빛을 흡수하거나 많은 전자를 방출하지도 못하는 너무나 작은 표

면적을 가진다고 연구진은 설명했다. 그러나 이번 연구에서 나노튜브에 빛을 커플링

(coupling)하는 연구에서 효율적인 메커니즘이 있다는 것을 알게 되었다. 

 

한 개의 가능한 설명은 나노튜브들이 광 흡수와 전자 방출을 향상하는 광학적 안테

나처럼 행동한다는 것이다. 

 

연구진은 실리콘 이산화물 기판 위에 놓인 몇 개의 단일벽 탄소나노튜브로 구성된 

간단한 장치로부터 방출된 전자의 양을 측정함으로서 이 결과를 얻었다. 나노튜브

의 한 면은 전극(음극)에 연결되었고 다른 면은 산화 표면 위에 자유롭게 놓였다. 이 

구조는 진공 챔버에 놓였고 자외선 레이저 빔으로 나노튜브를 때렸다. 또 다른 전극

(양극)은 나노튜브로부터 방출된 전자를 수집했다. 

 

전자 소스는 전자 현미경과 패터닝(pattering)에서 평면 디스플레이와 진공 나노전자

장치, 싱크로트론(synchrotron) 그리고 양자 정보 프로세서(quantum information 

processor)까지 다양한 범위에 적용이 가능할 것이다. 기존의 전자 소스와 비교되

는 탄소나노튜브 소스의 장점은 더 높은 전류와 밝기, 더 좋은 내구성과 안전성 그리

고 방출을 위해서 더 적은 외부 전기장이 요구된다. 또한 이 방출 특성은 더 쉽게 조

절할 수 있다. 

 

빛을 흡수해서 전류로 효율적으로 전환하는 나노튜브 안테나를 사용하는 태양전지 

기술과 온-칩(on-chip) 상호연결을 위한 무선통신 네트워크를 최소화하는데도 이

번 연구결과를 적용할 수 있을 것이라고 연구진은 설명했다. 

 

연구진은 현재 심지어 더 높은 방출 효율을 가진 새로운 최적화된 구조를 만들거나 

다른 파장과 에너지를 가진 광자의 영향을 조사할 계획을 가지고 있다. 또한 연구진

은 이 장치에서 광 흡수와 전자 방출 현상을 모델링하는 연구를 진행하고 있다. 

 

이 연구는 J. Appl. Phys.에 게재되었다. 

 

그림. 장치의 구조.

 

http://nanotechweb.org/

출처 :  KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-03-09