일반기술

분자 소자용 π-공액성 화합물

*원리 및 구성본 발명은 분자 소자용 π-공액성 화합물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자기 조립이 가능하고 전체 분자가 π-공액 결합으로 연결되어 전자 비편재화가 용이한 구조를 가지며, 또한 분자 내에 양이온을 포함하고 있어 산화/환원이 가능하여 외부에서 가해준 전기장에 의해 용이하게 전자를 트랩할 수 있는 성질을 갖으며, 말단에는 금 전극 혹은 기타 금속 전극과 반응하여 단분자 막을 용이하게 형성하는 티올기 혹은 티올기의 전구체 혹은 티올기와 유사 반응성기를 가지고 있어 고집적화된 전자 소자의 제조에 유용한 π-공액성 화합물에 관한 것이다.*배경분자를 이용한 컴퓨터 칩의 개발이 중요한 이유는 현재 사용되는 광학 포토리토그라피에 의존하는 마이크로엘렉트로닉스 제조법을 획기적으로 개선할 수 있는 방법을 제시한다는 데 있다. 즉, 현재의 칩 제조법으로는 칩의 집적도가 사용되는 빛의 광학적 분해능에 의해 결정되며, 이 경우 70 nm 정도가 최소화 할 수 있는 한계로 인식되고 있으며, X-선이나 전자빔 등을 이용할 경우 30 ∼ 20 nm 정도까지의 선폭에 도달할 수 있다고 보여진다. 그러나 이 경우에 수십 나노미터 이하의 선폭 크기를 갖는 소자를 제작할 때 사용되는 여러 장비나 클린룸 등의 공장 건물 유지 등에 필요한 경비가 기하학적으로 증가하게 되어 기술적인 한계성보다 경제적인 한계성 때문에 초고집적도를 갖는 반도체 칩 생산은 조만 간에 한계점에 도달할 것으로 생각된다. 예측되기로는, 2010년경에는 반도체 팹 라인 하나를 건설하는 비용이 약 30 내지 50조원 그리고 2015년 정도에는 200조원으로 급증할 것으로 전망되며 결국 소비자가 지불할 수 있는 반도체의 가격과 반도체 칩의 성능이 평형에 도달할 것이므로 더 이상의 고집적화도는 어렵다는 것이다. 그러나 분자를 이용한 소자의 제작은 분자 자기 조립 기술을 이용하면 특별한 조작 없이 용액 상에서 한번에 이루어지며 만약 한 개의 분자를 각각 소자로 사용할 수 있다면 1023개의 소자를 1 몰의 분자로부터 쉽게 제조할 수 있다는 장점을 갖는다.*적용제품 및 경쟁제품유기분자를 소자로 사용하기 위해서는 전극 상에 단분자 막을 형성하여야 하는데, 현재 알려진 단분자 막을 제조하는 방법으로는 분자 자기 조립(self-assembly)법과 랭무어-블로짓(Langmuir-Blodgett)법 두 가지가 있다. 이중 분자 자기 조립 단분자 막(SAM, self-assembled monolayer)의 제조는 분자의 한쪽 말단에 금과 반응을 하여 결합을 잘 형성하는 티올기(-SH) 혹은 티올기의 전구체 혹은 티올기와 유사 반응성을 갖는 기가 있으면 가능한 데,금 전극과 쉽게 반응하여 공유 결합을 형성하면 단분자막이 형성된다는 것은 잘 알려진 사실이다. 이러한 사실을 바탕으로 하여, Yale대학의 Reed 및 Rice대학의 Tour 등은 페닐렌 아세틸렌 올리고머에 전자주게 및 전자받게(electron acceptor) 작용기가 도입된 유기분자(화합물 A) 또는 전자받게기만 도입된 유기분자(화합물 B, C)를 금 전극에 자기조립 단분자 박막으로 형성하고 박막 상에 금 전극을 증착하여 메모리 소자로 작동이 가능하다는 것을 발표하였다[M. A. Reed, J. Chen, A. M. Rawlett, D. W. Price and J. M. Tour, Appl. Phys. Lett., 78(2001) 3735.] .현재 이러한 분자가 스위칭 특성을 갖는 이유에 대해서는 아직 확립된 이론이 없으나 기본적으로 분자가 갖추어야할 특성으로는 방향족 분자와 삼중결합 등으로 연결되어 분자 전체의 π-전자가 비편재화되어 외부에서 전기장이 가해지면 쉽게 편재화가 가능한 구조를 가져야 하며, 또한 전자받게기를 가지고 있어 외부에서 흘러 들어오는 전자를 순간적으로 잘 트랩할 수 있는 특성을 가져야 하는 것으로 생각되고 있다. 그러나 현재까지 알려진 분자는 대부분이 전자받게기로 니트로기(NO2)를 사용하므로 다양한 구조의 화합물의 합성과 적용이 되지 않고 있었다.*특징 및 장점1)자기 조립이 가능하고 전체 분자가 π-공액 결합으로 연결되어 전자 비편재화가 용이한 구조를 가진다.2)분자 내에 양이온을 포함하고 있어 산화/환원이 가능하여 외부에서 가해준 전기장에 의해 용이하게 전자를 트랩할 수 있는 성질을 갖으며, 말단에는 금 전극 혹은 기타 금속 전극과 반응하여 단분자 막을 용이하게 형성하는 티올기 혹은 티올기의 전구체 혹은 티올기와 유사 반응성기를 가지고 있어 고집적화된 전자 소자의 제조에 유용하다.