나무로 만든 트랜지스터, 전자제품도 이제 친환경을 시작합니다.

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Researchers at Linköping University and the KTH Royal Institute of Technology have engineered the world’s first wooden electrical transistor achieving a major breakthrough in the industry in terms of efficiency and sustainability.

Linköping University와 KTH Royal Institute of Technology의 연구원들은 세계 최초의 목재 전기 트랜지스터를 설계하여 효율성과 지속 가능성 측면에서 업계의 주요 돌파구를 달성했습니다.

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사진출처) PNAS

트랜지스터(Transistor)는 진공관을 대체하면서 실리콘, 게르마늄 등을 이용하여 전자신호나 전력을 증폭하고 스위칭하는데 사용되는 전자기기를 구성하는 기본적인 부품 입니다. 스웨덴의 연구진은 세계 최초로 트랜지스터의 재료를 나무로 설계하고 테스트했습니다. 노르쾨핑(Norrkoping)의 린셰핑(Linköping) 대학과 스톡홀름의 왕립 공과대학(KTH Royal Institute of Technology) 연구팀은 최근 개발한 목재 전기화학 트랜지스터(WECT)의 생성, 기능 및 잠재력에 대한 논문 '목재 전기화학 트랜지스터의 전류 변조(Electrical current modulation in wood electrochemical transistors)'를 발표했습니다.

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WECT은 지속가능하고 생분해성인 목재를 기반으로 한 친환경 전자제품의 길을 열어주는 열쇠와 같은 기술입니다. 이러한 기술을 기반으로 목재 전자제품이 만들어진다면, 살아있는 식물도 전자적으로 제어할 수 있을지도 모릅니다.

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사진출처) PNAS

나노미터가 아닌 센티미터

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실리콘 트랜지스터 기술과 관련하여 신문기사에서는 인텔, 삼성, TSMC가 나노미터 단위로 측정되고 수 기가헤르츠의 속도로 작동하는 트랜지스터를 만들기 위한 최첨단 공정을 개발하기 위해 경쟁하고 있다는 소식을 전하고 있습니다. 하지만 스웨덴 연구진이 설계하고 테스트한 WECT는 가로 3cm, 세로 1Hz 미만의 스위칭 주파수를 가진 아직 기초수준에 불과합니다.

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하지만 모든 전자 기기에 빠른 속도와 작은 트랜지스터가 필요한 것은 아닙니다. WECT는 다소 크고 기능면에서는 떨어지지만, "우리는 전례 없는 원리를 생각해 냈습니다."라고 린셰핑 대학 유기전자 연구소의 수석 부교수인 이삭 엥퀴스트(Isak Engquist)는 보도 자료에서 다음과 같이 말했습니다. "나무 트랜지스터는 느리고 아직 부피가 크지만 작동하며 엄청난 개발 잠재력을 가지고 있습니다."

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나무가 트랜지스터로 변신한 방법

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나무를 사용하여 트랜지스터를 만들기 위해, 전자 장치에 널리 사용되는 기존 트랜지스터부터 생각해 볼 수 있습니다. 트랜지스터는 실리콘이나 게르마늄과 같은 반도체를 이용해서 제작 됩니다.

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트랜지스터 소자의 고유한 특성은 단자에 전압 또는 전류가 인가될 때 증폭기 또는 스위치로 작동할 수 있는 도체가 되며, 전압이나 전류가 인가되지 않으면 작동하지 않는 부도체가 됩니다. 20세기 중반에 최초의 FET가 생산된 이래, 이를 소형화하고 특수한 주파수에서 작동하도록 동축화하기 위한 연구개발이 계속되어 왔습니다.

 

사진출처) PNAS 나무 트랜지스터

WECT를 만들기 위해 연구진은 전도성 목재(CW)가 필요했습니다. 이는 화학 용매 공정을 통해 목재의 리그닌을 제거하여 만들어집니다. 리그닌이 있었던 곳에는 도체처럼 전기가 통하는 전도성 폴리머(Polymer)로 대체됩니다. 이 프로젝트에서 선택한 목재는 적합한 내부 구조를 가진 발사 나무(Balsawood)와 전도성 폴리머 PEDOT:PSS을 사용하였습니다. WECT를 구성하기 위하여 중앙 트랜지스터 채널로 한 조각, 상단 및 하단 게이트로 각각 한 조각씩 총 세 조각의 CW가 사용되었습니다.

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연구진은 이 연구 자체가 목적이라기보다는 목재 트랜지스터의 가능성에 대한 증거를 제공한 것이며, 향후 연구와 응용 분야에 다양한 영감을 줄 것으로 예상됩니다.

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※ 기사 내용 참조

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[Tom's Hardware] World's First Wood Transistor Chops Out at 1 Hz | by Mark Tyson | Apr 30, 2023 | https://www.tomshardware.com/news/first-wood-transistor

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