국내 연구진이 단분자막을 이용해 비휘발성 분자메모리 소자를 개발했다. 차세대 메모리 소자로 적용이 기대된다. 성균관대 화학과 이효영 교수팀은 산화-환원 상태를 갖는 3∼4나노미터(㎚=10억분의 1m) 길이의 유기금속 단분자막을 직접 설계·합성해 이 같은 연구결과를 얻었다고 8일 밝혔다. 연구결과는 지난 1일 화학분야 권위지 ‘앙게반테 케미’에 소개됐으며 ‘잊을 수 없는 단분자막(An unforgettable monolayer)’이라는 평가를 받았다. 분자전자소자는 분자 설계와 합성이 가능하고 단위 면적당 초고밀도의 집적을 할 수 있는 장점이 있다. 하지만 고분자가 아닌 단분자막을 이용할 경우 소자의 전기단락 현상 등 때문에 수율이 떨어진다는 문제가 있었다. 연구진은 이 연구에서 전도성 유기물질을 단분자막 유기금속화합물과 상부 금속전극 사이에 넣어 전기단락 현상을 막았다. 또 단분자막 유기금속화합물에 알킬 체인을 늘려 전도성 침투를 막음으로써 소자 효율도 크게 향상시켰다. 이효영 교수는 “우리나라가 차세대 메모리시장에서도 선두를 유지하려면 다양한 형태의 비휘발성 메모리 소자 개발에 적극 나서야 한다”면서 “이번 연구는 집적화가 가능한 단분자막을 이용한 분자 메모리 소자 구현에 대한 가능성을 확인한 최초 연구라는 데 의미가 있다”고 말했다. /economist@fnnews.com 이재원기자

국내 연구진이 단분자막을 이용해 비휘발성 분자메모리 소자를 개발했다. 차세대 메모리 소자로 적용이 기대된다. 성균관대 화학과 이효영 교수팀은 산화-환원 상태를 갖는 3∼4나노미터(㎚=10억분의 1m) 길이의 유기금속 단분자막을 직접 설계·합성해 이 같은 연구결과를 얻었다고 8일 밝혔다. 연구결과는 지난 1일 화학분야 권위지 ‘앙게반테 케미’에 소개됐으며 ‘잊을 수 없는 단분자막(An unforgettable monolayer)’이라는 평가를 받았다. 분자전자소자는 분자 설계와 합성이 가능하고 단위 면적당 초고밀도의 집적을 할 수 있는 장점이 있다. 하지만 고분자가 아닌 단분자막을 이용할 경우 소자의 전기단락 현상 등 때문에 수율이 떨어진다는 문제가 있었다. 연구진은 이 연구에서 전도성 유기물질을 단분자막 유기금속화합물과 상부 금속전극 사이에 넣어 전기단락 현상을 막았다. 또 단분자막 유기금속화합물에 알킬 체인을 늘려 전도성 침투를 막음으로써 소자 효율도 크게 향상시켰다. 이효영 교수는 “우리나라가 차세대 메모리시장에서도 선두를 유지하려면 다양한 형태의 비휘발성 메모리 소자 개발에 적극 나서야 한다”면서 “이번 연구는 집적화가 가능한 단분자막을 이용한 분자 메모리 소자 구현에 대한 가능성을 확인한 최초 연구라는 데 의미가 있다”고 말했다. /economist@fnnews.com 이재원기자

<사진은 정과부 화상> 국내 연구진이 단분자막을 이용해 비휘발성 분자메모리 소자를 개발했다. 차세대 메모리 소자로 적용이 기대된다. 성균관대 화학과 이효영 교수팀은 산화-환원 상태를 갖는 3∼4나노미터(㎚=10억분의 1m) 길이의 유기금속 단분자막을 직접 설계·합성해 이같은 연구결과를 얻었다고 8일 밝혔다. 연구결과는 지난 1일 화학분야 권위지 ‘앙게반테 케미’에 소개됐으며 ‘잊을 수 없는 단분자막(An unforgettable monolayer)’이라는 평가를 받았다. 분자전자소자는 분자 설계와 합성이 가능하고, 단위 면적당 초고밀도의 집적을 할 수 있는 장점이 있다. 하지만 고분자가 아닌 단분자막을 이용할 경우 소자의 전기단락 현상 등 때문에 수율이 떨어진다는 문제가 있었다. 연구진은 이 연구에서 전도성 유기물질을 단분자막 유기금속화합물과 상부 금속전극 사이에 넣어 전기단락 현상을 막았다. 또 단분자막 유기금속화합물에 알킬 체인을 늘려 전도성 침투를 막음으로써 소자 효율도 크게 향상시켰다. 이효영 교수는 “우리나라가 차세대 메모리시장에서도 선두를 유지하려면 다양한 형태의 비휘발성 메모리 소자 개발에 적극 나서야 한다”면서 “이번 연구는 집적화가 가능한 단분자막을 이용한 분자 메모리 소자 구현에 대한 가능성을 확인한 최초 연구라는데 의미가 있다”고 말했다. /economist@fnnews.com이재원기자

<사진은 정과부 화상에> 한국전자통신연구원(ETRI)은 분자메모리소자팀 이효영 박사팀(44)이 자기조립 단분자 소자의 스위칭 현상을 규명했다고 10일 밝혔다. 이 연구결과는 차세대 핵심기술로 주목받고 있는 분자메모리 소재 및 소자 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대를 모으고 있다. 이 박사팀은 고진공 주사형 터널링 현미경(STM)을 이용해 유기금속 단일분자의 전류 스위칭 시작 메커니즘을 밝혀냈다. 유기분자의 스위칭 및 메모리 특성은 그동안 액체상태에서 간접적인 방법으로 측정돼 왔으나 이를 분자메모리 소자에 적용하기 위해서는 고체상태에서 스위칭 현상을 밝혀내는 것이 꼭 필요하다. 이 박사는 “이 연구결과는 고체상 소자에 직접 적용할 수 있는 기술로서 향후 분자메모리 소재 및 소자 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”며 “현재 이를 이용한 비활성 분자메모리 소자 제작에 박차를 가하고 있다”고 말했다. 이번 연구결과는 최근 화학분야 권위지 ‘미국화학회저널’에 게재됐다./economist@fnnews.com이재원기자

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원은 태양광연구단 홍성준 박사팀이 페로브스카이트 태양전지 속 재료를 새로 개발해 전기생산 효율과 내구성을 향상시켰다고 14일 밝혔다. 양전하(정공)가 이동하는 정공수송층 재료를 약간 변형하는 것만으로도 페로브스카이트 태양전지 효율을 22.73%까지 끌어올렸으며, 내부 부식을 막아 안정성까지 개선됐다. 실리콘과 페로브스카이트를 결합해 태양전지를 만들때 페로브스카이트 부분을 정공수송층 아래 페로브스카이트 광흡수층, 전자수송층 순으로 배치한다. 이는 보통의 페로브카이트 태양전지 대비 역구조다. 이때 정공수송층에 유기 반도체 물질을 사용하는데 강산성을 띄고 있어 투명 전도성 기판이나 광흡수층을 부식시켜 부품의 수명을 단축시킨다. 연구진은 정공수송층의 얇은 분자막인 자기조립단분자막에 있는 황 원자를 셀레늄 원자로 바꿔 부식되는 문제점을 개선했다. 기존 황 원자를 사용한 태양전지의 광전효율이 21.63%였지만 셀레늄 원자로 바꾸면 22.73%까지 증가했다. 또한 유기태양전지에 이 막을 적용하면 17.91% 효율이 나와 기존대비 111%까지 향상됐다. 이는 자기조립단분자막이 만들어질때 기판의 소모에너지를 낮춰 광흡수층에서 기판으로 정공전달에 사용되는 에너지 손실을 크게 줄여줬다. 최종적으로 페로브스카이트 태양전지를 가혹한 환경에서 테스트한 결과, 500시간 연속적인 효율 측정 후에도 초기 효율 대비 98%의 성능을 유지했다. 유기 태양전지의 안정성은 기존 대비 2배 이상 향상됐다. 홍성준 박사는 "역구조 페로브스카이트 태양전지와 유기태양전지의 효율은 물론 안정성까지 동시에 향상시킬 수 있는 독자적인 자기조립단분자막 기반 정공수송물질을 개발했다"고 설명했다. 이어서 "이러한 결과를 바탕으로 차세대 태양전지 및 페로브스카이트 태양전지를 상부셀로 하는 고효율 다중접합 태양전지의 상용화에 한 단계 도약할 수 있는 기회를 제공할 수 있을 것"이라고 말했다. 한편, 홍 박사팀은 울산과학기술원(UNIST) 화학과 박영석·김봉수 교수, 울산대 조신욱 교수와 공동연구를 통한 연구결과를 소재 분야 최우수 국제학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국에너지기술연구원은 태양광연구단 홍성준 박사팀이 두종류를 결합한 탠덤 태양전지의 효율과 안정성을 높일 수 있는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 이 기술을 사용하면 페로브스카이트 태양전지 아래의 실리콘 태양전지의 효율을 떨어뜨리지 않는다. 연구진은 페로브스카이트 태양전지를 만드는데 저가의 물질을 사용하면서도 낮을 열처리로 인해 제작단가를 낮출 수 있을 것이라고 전망했다. 연구진이 이 기술을 이용해 탠덤 태양전지를 만들어 실험한 결과, 22.4% 이상의 고효율을 달성했다. 이는 기존기술로 만든 태양전지 효율 18.95%보다 높은 수치다. 또한 100시간 동안 안정적으로 전기를 만들어냈다. 홍성준 박사는 "이번 성과는 고성능 페로브스카이트 태양전지 개발을 위한 정공수송물질의 분자 설계 원리를 제공할 뿐만 아니라, 개발한 물질을 적용해 실리콘 태양전지의 이론적 한계효율을 극복할 수 있는 고효율 탠덤 태양전지 개발에도 적용할 수 있을 것"이라고 말했다. 기존 페로브스카이트 기반의 탠덤 태양전지는 빛이 들어오는 상부 층에 정공수송층을 배치한다. 이곳에서 들어오는 빛의 일부를 흡수해 효율이 떨어진다. 이 문제를 해결하기 위해 구조를 뒤집어 만든다. 즉 페로브스카이트 광흡수층을 가운데 두면서 전자수송층과 정공수송층의 위치를 역순으로 바꾼 것이다. 이렇게 하면 빛이 중간에 흡수되는 양이 적어져 실리콘 태양전지의 효율을 높일 수 있지만 윗쪽에 있는 페로브스카이트양전지는 효율이 떨어진다. 연구진은 이 문제를 해결하기 위해 전기화학적으로 매우 안정하고 염료나 의약물질로 많이 이용되는 페노티아진 물질을 활용했다. 이를 활용해 기판의 표면 거칠기에 무관하게 단분자막을 형성할 수 있는 저가의 정공수송물질을 만들었다. 연구진은 페노티아진 물질을 원료로, 간단한 3단계 유기합성을 통해 기판과 결합할 수 있는 정공수송물질을 합성했다. 이 정공수송물질을 불소가 첨가된 주석산화물로 이뤄진 투명 기판에 간단한 스핀공정과 낮은 열처리만으로도 자기조립단분자막을 만들어낸 것이다. 이렇게 기판에 코팅된 정공수송물질은 기존 상용 고분자 기반의 정공수송물질에 비해 가시광 영역에서 중간에 빛이 흡수되는 일이 거의 일어나지 않았다. 또한 페노티아진 물질 내 존재하는 황과 브롬 작용기를 도입해 정공수송물질과 페로브스카이트 광흡수층 사이에 불가피하게 발생하는 결함을 제어한 것이다. 뿐만아니라 광흡수층과 우수한 에너지 레벨을 형성해 정공수송 특성과 안정성을 크게 향상시켰다. 이번 연구결과는 우수성을 인정받아 에너지 분야 최우수 국제학술지인 '어드밴스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials)'의 1월 표지논문을 장식했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 사람 몸속에 의료기기를 삽입해도 조직이 손상되거나 거부반응이 일어나지 않게 하는 기술을 개발했다. 이 기술을 실험쥐에 테스트해본 결과 기존보다 4배 이상 오랫동안 의료기기를 사용할 수 있었다. 연구진은 사람의 몸속에 삽입하는 의료기기에 이 기술을 이용하면 교체주기를 연장시킬 수 있을 것이라고 전망했다. 한국과학기술연구원(KIST)은 뇌과학연구소 조일주 단장팀이 뇌를 포함한 인체에 삽입하는 의료기기 코팅기술을 개발했다고 11일 밝혔다. 연구진이 개발한 기술은 인체에 삽입되는 기기 표면에 단분자막과 윤활유를 얇게 코팅하는 방법이다. 이는 기기가 인체에 삽입되는 동안 발생하는 기기-조직간의 마찰을 감소시켜 조직 손상을 최소화한다. 뿐만아니라 면역거부반응으로 면역세포들이 기기 표면에 붙는 것을 막는 면역세포 부착 방지 특성이 있다. 조일주 단장은 "이 코팅기술은 의료기기가 몸 속에 삽입하는 과정에서 조직의 손상을 최소화 할 수 있으며, 염증반응을 억제해 기기 수명을 더 길게 연장시켰다"고 말했다. 연구진은 의료기기 코팅기술로 뇌신경신호를 감지하는 신경탐침을 코팅했다. 이 신경탐침을 실험쥐 뇌에 삽입해 관찰했다. 그결과 삽입직후 신경 탐침 내 32개의 뇌신호 측정 전극 중 90% 이상의 전극에서 뇌신호가 성공적으로 관찰할 수 있었다. 연구진은 "이 정도의 뇌신호는 코팅기술이 적용되지 않은 신경탐침에서 관찰되는 신호의 2배에 해당한다"고 설명했다. 또한 실험쥐의 뇌조직을 관찰한 결과 삽입 과정에서 발생하는 조직손상이 적었다. 안정성 면에서도 코팅막 처리가 되지않은 탐침은 면역세포들이 기기표면에 붙어 시간이 지남에 따라 신호측정 기능이 떨어졌다. 반면 코팅기술이 적용된 탐침은 생물부착방지 특성으로 기존에 비해 4배가 긴 4개월간 안정적으로 뇌신호 측정이 가능했다. 조일주 단장은 "인체 삽입형 의료기기의 교체 주기를 획기적으로 늘려 빠른 상용화에도 기여 할 것으로 기대한다"라고 말했다. 이번 연구 결과는 연세대학교 서정목 교수팀과의 공동연구를 통해 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 표지논문으로 선정됐다. 한편, 최근 뇌에 브레인칩을 삽입해 생각만으로 기계를 움직이는 뇌-기계 인터페이스 기술이 개발되고 있다. 또한 파킨슨 병 등 뇌질환 치료를 위한 뇌심부 자극기 등 다양한 인체 삽입형 의료기기들이 의료 현장에서 활용되고 있다. 하지만, 인체에 삽입되는 기기는 주위 생체조직에 면역반응을 유도하고, 이로 인한 기기의 성능 저하로 장기간 사용이 어렵다. 뇌심부 자극기나 브레인칩 역시 뇌에 삽입되면 미세아교세포 등 뇌면역세포의 작용으로 안정적인 동작이 저해되고, 기기 수명이 단축되어 교체를 위한 추가적인 수술이 필요하다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

포항공대 화학공학과 용기중 교수 국내 연구진이 연잎효과(lotus effect)에 착안해 빛의 방향에 따라 반응하는 메모리 소자를 개발해냈다. 미래창조과학부와 한국연구재단은 포항공과대학교 화학공학과 용기중 교수 연구팀이 물속에서도 젖지 않는 연잎표면의 돌기를 모방한 나노선 구조를 제작하고 이를 이용해 빛의 입사방향에 따라 저항특성이 변하는 광메모리 소자를 개발했다고 10일 밝혔다. 이 광메모리 소자는 나노선을 둘러싼 공기와 물 사이 경계에서 발생하는 굴절률 차이를 이용해 특정각도로 빛이 들어오면 저항이 변하는 메모리가 되고 빛이 들어오지 않으면 저항이 변하지 않는 저항체가 되도록 만들었다. 용 교수 연구팀은 왁스성분으로 코팅된 연잎의 미세돌기로 인해 연잎이 물에 젖지 않는 연잎을 모방해 빛에 반응하는 산화아연으로 합성한 나노선을 단분자막으로 코팅했다. 코팅을 통해 나노선 소자가 물속에서 먼저 공기층으로 둘러싸이게 됐고 공기층과 물의 굴절률 차이가 발생해 빛의 입사각에 따라 소자에 도달하는 광량이 달라지도록 소자를 제어했다. 용 교수는 "빛의 방향변화를 매개로 한 정보처리가 가능할 경우 전자의 이동을 이용하는 기존 소자의 신호 손상이나 왜곡 등을 완화할 수 있다"며 "이를 통해 향후 소자의 소형화나 모션인식소자 개발에 응용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다. jhpark@fnnews.com 박지현 기자

스마트폰, 디지털카메라, 태블릿PC 등 휴대용 전자기기는 눈부시게 진화하고 있다. 하지만 이들의 공통적인 단점은 물에 취약하다는 점이다. 비에 젖거나 물에 빠지면 전자소자 회로가 합선되면서 오작동을 일으킨다. 포스텍 용기중 교수(44) 연구팀은 나노선 구조를 이용해 물속에서도 젖지 않는 차세대 메모리 소자의 원천기술을 개발해 방수되는 컴퓨터와 스마트폰 개발에 한 걸음 다가서게 됐다. 연구팀은 생체모방기술(연잎효과)을 이용해 물속에서도 젖지 않으면서 전원 없이도 저장된 정보를 유지할 수 있는 초발수 차세대 비휘발성 메모리 소자(저항메모리 소자·RRAM) 개발에 성공했다. 일반적으로 반도체 소자는 절연체에 전압을 가했을 때 흐르는 약한 전류로 인해 물에 취약해 소자를 방수처리하기 위한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 연구팀은 물방울이 연잎 표면을 적시지 않으면서 먼지 등을 씻어내는 자가세정, 방수효과, 결빙방지 등의 특성을 이용해 텅스텐 산화물 반도체 나노선을 합성한 후 표면을 단분자막으로 화학코팅해 초발수 표면을 구현했다. 소자 위에 물을 떨어뜨려보니 돌기 역할을 하는 나노선이 물방울을 밀어내 소자가 젖지 않고 회로에서도 전류가 누설되지 않아 정상적으로 소자가 작동하는 것을 확인한 것. 특히 이 연구는 기존 저항메모리 소자 개발에 추가적인 공정 없이도 초발수 특성을 유지해 물에 젖지 않으면서도 안정적으로 소자가 작동되는 것이 특징이다. 김아름 기자

국내 연구진이 물에 잘 섞이는 산화 그래핀을 이용해 기능성을 획기적으로 높인 메모리 소자를 개발했다. 교육과학기술부와 한국연구재단은 성균관대 이효영 교수가 환원산화그래핀의 얇은 전극막을 활용해 다양한 기능성을 지닌 비휘발성 분자메모리 소자를 개발하는 데 성공했다고 27일 밝혔다. 환원산화그래핀은 흑연을 산화시켜 만든 그래핀에 환원제를 사용해 산화과정 중 생긴 결함을 메운 것으로, 물과 잘 섞이는 특성이 있다. 물을 이용하면 환원산화그래핀의 분자층을 나노 두께로 쉽게 옮겨 전극으로 활용할 수 있다. 단분자막을 기반으로 한 분자 전자기술의 경우 제작 과정에서 금속 알갱이들이 분자층을 파괴해 '수득률'(화학적 과정을 거쳐 원료물질에서 목적물질을 얻는 비율)이 10% 이하로 떨어지는 단점이 있었다. 연구팀은 이번 연구에서 전극과 분자층 사이, 특히 분자층 위에 형성하는 상부 전극과의 경계면에 뛰어난 전도성 층을 형성하면서 분자층을 보호할 수 있는 환원산화그래핀층을 도입해 이 문제를 해결했다. 그 결과 환원산화그래핀이 10nm(1nm는 10억분의 1m) 수준의 전도성 유기막을 형성해 분자의 기능성을 잃지 않고 100%에 가까운 수득률을 보장할 수 있었다. 이번에 개발된 메모리 소자는 화학적 안정성과 전기 전도성도 뛰어나 다양한 기능성 소자 제작에 활용될 전망이다. 이 교수는 "우리나라가 차세대 메모리 분야에서 지속적으로 우위를 선점하기 위해서는 다양한 형태의 차세대 비휘발성 메모리 소자 개발이 중요하다"며 "환원산화그래핀 용액을 이용할 경우 제작하기 쉽고 수득률도 높아 자유자재로 휘어지는 모니터, 컴퓨터, 태양전지 등에 응용할 수 있을 것"이라고 기대했다. 이 연구결과는 화학 분야의 권위 있는 학술지인 '앙게반테 케미'의 16일자 온라인 속보로 소개됐다. /pado@fnnews.com허현아기자