[독서신문] 현대 산업을 지탱하고 있는 반도체 산업은 잘 알려진 “무어의 법칙”과 같이 일정 공간에 얼마나 많은 소자를 넣을 수 있는가 하는 고집적화 기술로 평가되고 있으며 계속적인 발전을 거듭하고 있다.

하지만 실리콘 기반의 반도체 소자의 고집적화에는 원천적인 혹은 경제적인 요인들로 인해서 그 발전 속도가 한계에 직면하고 있으며, 그리하여 필연적으로 실리콘 기반의 반도체를 대체할 수 있는 새로운 구조, 즉 나노미터 크기에서도 동작이 가능한 새로운 반도체 기술이 절실히 필요하다.

그 한 가지 예가 자기조립법 기반의 바텀업 공정 방식인 “분자전자소자(molecular electronics)” 기술이다. 이는 특정한 전자소자의 기능을 가진 단일 유기 분자 혹은 분자 박막으로 이뤄진 분자소자의 현상을 탐구하고 기술로 개발하는 연구 분야이며, 특히 분자의 크기가 수 나노미터 미만으로 매우 작으므로, 분자전자소자는 전자소자가 취할 수 있는 가장 작은 크기의 소자에 해당된다.

분자전자소자 기술은 유기 분자를 전자소자의 핵심소재로 사용한다는 개념으로, 세계적으로 활발한 연구가 진행되어서 현재까지 단일 분자나 분자 박막으로 이뤄진 분자 전선, 분자 다이오드, 분자 스위칭, 분자 메모리 소자 등 다양한 분자전자소자들이 실험적으로 시도돼 왔으며, 2007년에는 미국 휴렛-패커드 연구소에서 160 킬로비트 분자 메모리 소자를 제작했는데, 이는 1 제곱 센티미터 영역 안에 100기가비트의 기억소자 셀을 포함하는 정도의 고집적도에 해당 된다.

이러한 고집적화에 대한 가능성은, 전자 소자가 직면하고 있는 물리적 한계 및 경제적인 제약에 대한 해법으로써 분자전자소자가 구현될 경우에, 유기분자의 자기조립방법을 이용하여 고가의 나노 공정 장비를 이용하지 않고서도 원자 크기만큼이나 정확하게 소자의 배열이 가능한 장점을 가지고 있는 획기적인 기술임을 의미한다.

현대 사회는 나노과학기술 시대이다. 일상생활에 나노기술이 적용되고 있으며, 20나노 공정을 이용한 메모리 반도체가 이미 양산되고 있다. 반도체 기술은 현대의 산업발전을 지탱하고 있다고 해도 과언이 아니다. 최근의 반도체 산업은 흔히 “무어의 법칙”이라고 알려진 것과 같이, 일정 공간에 얼마나 많은 소자를 집어넣을 수 있는가 하는 고집적화 기술로 평가되고 있으며 계속적인 발전을 거듭하고 있다 미래에는 나노과학기술이 더욱 더 인류 문명의 성장을 가져다 줄 것으로 기대 된다. / 이탁희 서울대 물리학과 교수