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양자점 소자를 중심으로 한 반도체기술

전문가 제언: ○ 에피택시(epitaxy) 결정성장에 대한 기술의 발달로 나노미터의 결정박막, 세선 및 점 등 다양한 모양의 결정을 성장할 수 있다. 이 글은 양자점의 물성이 광에 민감한 반응을 나타내는 것에 착안하여 멀지 않아 통신정보 분야의 시스템은 양자점 소재로 대치될 것이라는 예측을 우리에게 제공하여 준다. 소재와 디바이스에 관심이 있는 사람에게는 필히 읽어 볼만한 내용이라고 생각한다.

○ 반도체결정 가운데 자유전자나 홀(캐리어)을 헤테로 구조를 사용해서 미세한 3차원 영역으로 가두어두면 양자역학적인 성질이 현저히 나타난다. 이와 같은 미세구조를 양자점(quantum dot)이라고 한다. 양자점에 있는 캐리어는 3차원 전 방향에 대하여 운동이 제한된다. 따라서 자유도는 0이다. 고립되어 있기 때문에 원자 내의 전자와 같이 운동에너지가 완전히 흐트러진 값을 가진다.

○ 양자가 가두어지는 모양에 따라 양자우물, 양자세선 및 양자점의 순으로 운동자유도는 감소한다. 따라서 ρ(E)의 현상도 계단형, 톱이형 및 델타 함수형으로 변한다. 대부분의 반도체 물성은 ρ(E)에 의존하기 때문에 반도체 구조를 세분하면 광학적 성질이나 전기적 성질을 인위적으로 제어할 수 있다. 특히 양자점에는 ρ(E)이 완전히 이산화 하기 때문에 벌크결정이나 양자우물과는 판이하게 다른 물성을 가진다.

○ 양자점의 물성이 알려진 것은 1990년대로 본다. 나노미터 기술의 발달로 과학 전반에 걸쳐서 나노미터 개념을 도입하는 연구의 경향이 대단하다. 그런데 우리나라는 소재제조 분야, 특히 결정성장 분야에 관심을 가지고 연구하는 곳은 KIST, KAIST 및 전자통신연구소의 일부 팀이 있으나 연구자 수는 극소수이다. 통신 분야에서 디바이스도 중요하지만 소재생산을 위한 기초적인 연구가 더 시급한 과제라고 본다. 기초과학 분야의 연구비 지원이 부족하기 때문에 나노미터 과학에서 일본을 따라가기는 대단히 힘들 것이다.

저자: Yasuhiko Arakawa
자료유형: 학술정보