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전자장치의 크기를 줄이는 원자 두....

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글쓴이 최고관리자 등록일 13-05-31 13:57
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    노스캐롤라이나 주립대학교(North Carolina State University) 연구진들이 원자 크기에서 고품질의 반도체 박막 필름을 창조하는 새로운 기술을 개발했다. 이 기술은 2인치 이상의 폭을 가진 웨이퍼 코팅에 충분한 크기의 박막 필름을 창조하는데 사용될 수 있다.

    "이 기술은 현재의 반도체 기술을 원자 크기 수준으로 작게 하는데 사용될 수 있다. 이 크기는 레이저, LED, 컴퓨터 칩 등에 적용 가능할 것"이라고 노스캐롤라이나 주립대학교 재료과학 및 재료공학과 조교수이자 이 연구작업에 관한 논문의 차석 저자인 린유 카오(Linyou Cao) 박사는 말했다.

    연구진들은 반도체 산업계에서 이미 사용 중인 재료와 유사한 전자적 그리고 광학적 특성이 있는 반도체 재료인 몰리브덴 황화물(MoS2, molybdenum sulphide)에 대한 연구를 진행했다. 몰리브덴 황화물(MoS2)은 다른 반도체 물질과 다른데, 그 이유는 본래의 특성을 희생시키지 않고 원자 두께 하나의 층으로 생장시키는 것이 가능하기 때문이다.

    새로운 기술에서, 연구진들은 황과 염화 몰리브데늄(molybdenum chloride) 가루를 열처리로에 놓고 가루를 증발시킬 수 있는 온도인 850℃까지 상승시켰다. 두 물질은 고온에서 반응하여 몰리브덴 황화물(MoS2)을 형성한다. 높은 온도에 있는 동안, 수증기는 물질 기질의 박막 층에 두어진다.

    "우리 기술의 성공에 핵심적인 요소는 새로운 생장 메커니즘 즉, 자기 제한 생장(self-limiting growth)의 개발"이라고 린유 카오(Linyou Cao) 박사는 발표에서 말했다. 연구진들은 열처리로의 분압(partial pressure)과 수증기 압력을 제어함으로써 몰리브덴 황화물(MoS2)의 두께를 정밀하게 관리할 수 있다. 분압은 고체로 응결되고 물질 기질에 정착하기 위해 확산하는 원자나 분자의 경향을 말한다. 수증기 압력은 공기 중으로 증발하고 상승하는 고체 원자나 분자의 경향을 말하는 것이다.

    물질 기질에 몰리브덴 황화물(MoS2) 단일 층을 창조하기 위해, 분압은 반드시 수증기압보다 높아야 한다. 분압이 높을수록, 더 많은 몰리브덴 황화물(MoS2) 층이 바닥에 정착하게 된다. 만약 분압이 물질 기질 상의 단일 원자층 수증기압보다 높으면, 일단 모노레이어(monolayer)가 형성되면 박막 필름 생장이 자동으로 멈추는 것을 분압과 수증기압 간의 균형이 보장한다. 린유 카오(Linyou Cao) 박사는 이것을 자기 제한 생장(self-limiting growth)이라고 부른다.

    분압은 열처리로의 염화 몰리브데늄 양의 조정을 통해 제어된다. 즉, 몰리브데늄이 열처리로에 많을수록, 분압은 높아진다.

    "이 기술을 사용하게 되면, 우리는 매번 원자 하나 크기인 웨이퍼 크기의 몰리브덴 황화물(MoS2) 모노레이어(monolayer) 박막 필름을 창조할 수 있다. 또한, 2개, 3개 심지어는 4개의 원자 두께 층을 생산할 수도 있다"고 린유 카오(Linyou Cao) 박사는 말했다.

    현재, 린유 카오(Linyou Cao) 박사 연구팀은 각 원자 층이 다른 물질로 만들어지는 비슷한 박막 필름을 창조하는 방법을 연구 중이다. 또한, 이 새 기술에 특허를 제출한 린유 카오(Linyou Cao) 박사는, 이 방법을 사용하여 전계효과 트랜지스터(field-effect transistors)와 LED를 창조하기 위해 노력 중이다.

    제목이 ‘균일한 고품질의 모노레이어와 층이 거의 없는 몰리브덴 황화물 필름에 대한 크기 조정 가능한 인조작업’(Controlled Scalable Synthesis of Uniform, High-Quality Monolayer and Few-layer MoS2 Films)으로 명명된 이 논문은 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 발표되었다.

    이 논문의 선임 저자는 노스캐롤라이나 주립대학교의 박사과정 학생인 유역비 유(Yifei Yu)씨이다. 공동 저자로는 이전의 노스캐롤라이나 주립대학교 박사 후 연구원인 춘 리(Chun Li) 박사, 노스캐롤라이나 주립대학교 연구실 매니저인 리 리우(Yi Liu)씨, 노스캐롤라이나 주립대학교 샤롯데 캠퍼스의 리킨 수(Liqin Su)씨와 용 챵(Yong Zhang) 박사이다. 이 연구는 미국 육군연구국(US Army Research Office)의 자금 지원을 받았다.

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