원자 단위 이용 반도체 활용도 높이는 신기술 개발

DGIST-서울대 공동 연구
밀도 범함수 이론 계산법 이용
새로운 상전이 메커니즘 규명
다양한 디바이스에 응용 기대

DGIST 에너지공학과 양지웅 교수팀이 반도체 양자 나노 결정의 ‘상전이’ 메커니즘을을 규명했다.

서울대학교 화학생물공학부 박정원 교수와 공동연구를 통해 상전이 과정에서 일어나는 다양한 반응경로를 원자 수준에서 밝혀내면서, 온도 및 조성으로 제어하는 방안을 제시했다.

연구팀은 이번에 개발한 기술이 상용화될 경우 메모리 디바이스, 센서 등의 분야에서 디바이스 효율이 향상될 것으로 기대하고 있다.

구조 물질의 고유 성질을 제어할 수 있는 상전이를 통한 결정상 제어는 메모리 디바이스, 센서, LED와 같은 미세 반도체 구조가 중요한 분야에서 활용하기 좋은 방법이다.

DGIST 양지웅 교수팀과 서울대학교 박정원 교수팀은 공동연구를 통해 ‘실시간 투과 전자현미경 분석법(In-situ transmission electron microscopy, In-situ TEM)’과 ‘밀도 범함수 이론(Density functional theory, DFT) 계산 방법’을 이용, 새로운 상전이 매커니즘을 개발했다.

특히 전자빔을 이용해 높은 공간 해상도에서 선택적으로 상전이를 유도할 수 있다는 가능성을 제시했으며, 나아가 온도와 조성, 상전이의 상관관계를 밝혀 이전의 방법보다 더욱 정밀하게 상전이를 제어할 수 있음을 확인했다.

DGIST 양지웅 교수는 “반도체 양자 나노결정의 상전이 과정을 원자 수준에서 관찰하면서 다양한 반응과정과 그 중간물을 확인하고, 온도와 조성, 상전이 간의 상관관계를 통해 양자 나노결정의 결정상 제어법을 밝혀낼 수 있었다”고 밝혔다.

서울대학교 박정원 교수는 “본 연구를 통해 반도체 나노 물질의 외부 자극에 의한 구조변화 과정을 정밀하게 규명할 수 있었는데, 향후 반도체 물질의 구조제어를 활용하여 다양한 디바이스에 응용되기를 기대한다”고 말했다.

이 연구는 삼성미래기술육성센터 사업을 통해 수행했으며, 관련 연구 결과는 재료과학분야 저명 국제학술지인 ‘Advanced Science’에 3월 게재됐다.

김종현기자 oplm@idaegu.co.kr

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