김기범 서울대학교 교수(나노응용시스템연구센터 및 재료공학부)는 `나노미터급 나노포어 및 나노채널 구조를 이용한 능동형 이온 트랜지스터 개발`로 연구혁신상 교육과학기술부 장관상을 수상했다.
김 교수는 나노포어 혹은 나노채널 구조에서 전계효과트랜지스터(FET)를 제작해 이온의 흐름을 전기적으로 제어할 수 있는 소자를 개발했다. 원자층증착공정(ALD)을 통해 1~2nm 수준의 나노포어 및 나노채널 구조 제작 방법을 제시한 이 연구 결과는 미국 화학회지 `나노 레터 (Nano Letters)`에 게재됐다.
김 교수 연구팀은 100nm 두께 멤브레인 구조에 전자빔 리소그래피와 원자층증착공정을 이용해 나노포어를 제작하는 공정을 만들어냈다. 또 멤브레인 내부에 금속 층을 삽입함으로써 게이트가 존재하는 트랜지스터 구조를 제작, 나노포어 벽의 표면 전하를 전기적으로 조절하는 것을 가능하게 했다. 이를 통해 나노포어를 따라 흐르는 이온 흐름을 선택적으로 제어할 수 있는 이온 트랜지스터를 구현할 수 있었다. 특히 매우 느리고, 불균일하며, 대면적 공정이 불가능한 기존 나노포어 제작 공정의 단점들을 개선했다.
김 교수 연구팀이 제시한 공정은 현재 반도체 소자 제작 과정에서 습식 식각과 원자층 증착을 이용한 자기제어&자기밀봉(self-limiting & self-sealing) 방법을 이용했다.
기술적 한계로 여겨지는 1~2nm 지름의 채널을 안정적이고 신뢰성 있게 제작할 수 있는 방법으로 평가된다. 이온뿐 아니라 DNA 같은 바이오 분자 운동을 전기적으로 제어할 수 있다는 점도 보여줬다. DNA 이동 속도 조절과 신호 증대의 해결책을 제시해 DNA 염기서열 해독에 큰 가능성을 열었다는 평가다.
