[나노기술]Paradigm Shift in nanotechnology

나노의 세계
The paradigm shift
The paradigm shift
Top-down
- 기존 반도체 소자 가공 공정에서 사용하는 방법 확장한 것 이미
존재하는 거시 물질에서 출발하여 점차적으로 크기를 축소해가며
원자크기의 nano 구조물 제작

- 크기를 축소하여 물건을 제작할 때 단계가 진행될 수록 비용이 높
아지고 조만간 그 재료왿� 기술 자체가 지닌 근원적 한계에 부딪히
게 된다.

The paradigm shift
2) Bottom-up
- nm 크기의 기본 구성 물질을 만든 후 레고 조립하듯 기본 구성 물질 하나하나를 쌓아 올려 큰 구조물을 만드는 방식


예) 탄소나노튜브
지름 – 1nm,
굵기 – 머리카락의 5만분의 1
밧줄처럼 묶으면
인장력은 강철의 100배
구리보다 전류 잘 전도하고,
다이아몬드보다 열 잘 전달

TV, 컴퓨터 모니터의 전자총 소형화,
우주 엘리베이터
The paradigm shift
The paradigm shift
나노 기술의 핵심
Manipulate individual atoms
- 원자를 원하는 방향으로 움직이거나 재배열할 수 있어야 함
Assembler
- 조립자
Replicators
- nanomachine

1. Manipulate individual atoms
원자를 원하는 방향으로 움직이거나 재배열할 수 있어야 함
예) 1990년 미국 IBM사 연구진은 원자력 현미경(AFM)으로 35개의 크세논 (Xe)원자를 정확하게 배열하여 5(nm)높이로 회사로고를 만듦.
원자 현미경 (AFM)
원자현미경 이용 예

단백질구조 분석

ATP synthase의 AFM영상.

과학자들은 AFM 영상을 통하여 ATP synthase가 14개의 반지모양의 터빈으로 구성돼 있음을 알게 됐다.
2. Assembler
Eric Drexler에 의해서 처음 제안됨.
분자를 원료로 사용하여 이들을 유용한 거시 물질 구조로 조립해내는 장치
molecular manipulator arm과 nanocomputer로 이루어져 있음
프로그래밍이 가능한 나노컴퓨터가 지시사항들을 읽고 조정 팔을 작동해서 필요한 원자들을 순서대로 배열
생산물을 산출해내기 위해서는 수조개의 assembler가 필요함


3. Replicators (nanomachine)
나노기술의 걸작 - 탄소 나노 튜브
1991년 일본 NEC의 수미오 이지마 박사에 의해 발견. 직경이 1 nm로 속이 빈 매우 작은 튜브로, 튜브가 말려 있는 각도나 직경에 따라 전기적 성질이 변한다.

최근에 여러 가닥의 탄소나노튜브를 다발을 이루어 놓으면 전기적 성질이 변하면서 반도체로 사용될 수 있다.

탄소 나노 튜브의 장점

작기 때문에 현재보다 만 배 집적된 회로를 얻을 수 있다.
반도체 소자 제조과정의 단순화
결합이 매우 강하여 다른 소재로도 사용할 수 있다.
실리콘보다 훨씬 더 강한 결합과 전도도 및 과열문제 해소