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30 May 2024

[반도체재료공학] 나무로 만도체를 만들었다? 반도체의 재료로는 뭐가 쓰일까. Bioelectronics

지하철에서 심심하여 논문이나 읽던 도중 재밌는 논문 주제를 봤습니다.

Plant bioelectronics라는 주제이고… 제 글의 주제는 반도체 재료로 왜 실리콘이 제격인가? 에 대한 내용입니다 😄

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.1c00525?fbclid=IwAR2eXj_6jNNjah31xfc2sDkfx4DvLTBHnmsFB3ShFfiHus_I2-uGJxLRdYY

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예전에 학교 다닐 때, 언젠가 반도체를 단순 4족, 35족, 26족 반도체가 아닌 몸에 넣어놓고 전원이 공급되는 바이오 소자를 만들거라고 들었는데 현실이 되었네요.

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eleni라는 사람이 이 연구분야를 개척한 것으로 보입니다.

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왜 실리콘을 쓸까?

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순수한 실리콘은 0K에서 1.2eV라는 도체보단 크지만, 일반적인 부도체보단 작은band gap을 갖습니다.

실리콘은 산소와 반응하면 전기를 잘 통하지 않는 산화규소가 됩니다.

실리콘은 4족 원소이고, BCC 구조를 가져, 불순물을 넣기에 아주 효율적인 구조가 됩니다.

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실리콘은 모래에 있습니다. 아주 흔하게 발견되는 원소입니다. 모래에서 산소환원을 진행하면 실리콘이 됩니다.

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실리콘에 불순물을 주입하면 이온의 농도가 높라지고, 이온의 농도가 높아질수록 실리콘의 전기전도도를 더 높일 수 있습니다.

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산화막은 절연 역할을 하여, 0 상태 유지가 가능하고.. 원하는 경우엔 도핑되어 짧아진 밴드갭을 이용해 외부 에너지를 인가하여 1로 스위칭이 가능해집니다. 아주 얇아도 절연 역할을 적당히 잘 해냅니다.

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위와 같은 이유로 실리콘이 많이 쓰이는 것이고, 다른 원소로도 반도체를 만들 수 있습느다.

결정구조와 4족의 결합성을 만족할 수 있는 소재면, 속도와 가격 경쟁력은 없겠지만 기능적으로 구현이 가능은 하며, 이를 화합물반도체라고 합니다. 전력반도체, 광반도체 등이 그 예시입니다.

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대학교 2학년부터 배우는 유기화학에 나오는 탄소관련 소자들로도 반도체를 만들 수 있습니다.

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무기물 고분자 (polymer)와 올리고머 (oligomer)들이 LED 나 TFT 등에 쓰이고… 태양전지에도 유기반도체가 쓰입니다.

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유기물 중에 고분자나 올리고머가 아닌… 진짜 바이오 소자로 만든.. 최초로 나무로 만든 반도체가 있어 보여드립니다.

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.1501136

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심심해서 논문 하나 봤다가 야탑역을 지났네요.

여기서 마칩니다.

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