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산화물 계면 - 전자공학에의 응용

전문가 제언: ○ 트랜지스터, 레이저, 태양전지 등은 모두 계면현상을 이용하는 장치들이다. 노벨상 수상자 Herbert Kroemer는 수상 강연에서 “계면은 때때로 장치 그 자체이다.”고 하였을 정도이다. 산화물에 반도체와 같은 계면을 도입하면 어떤 현상이 나타날까 하는 것은 오래된 의문이었지만 반도체의 경우와는 달리 명확한 계면을 가진 다층산화물을 성장시키는 것이 매우 어려웠기 때문에 그런 관심이 실제적인 성과로 이어지지는 못하였었다.

○ 최근 다층산화물 성장기술의 발전에 의하여 단층원자 수준의 정밀도로 계면의 두께를 조절할 수 있게 됨에 따라 산화물 계면의 전자적 성질과 그것이 나타내는 새로운 물리현상이 크게 주목받기 시작했다. 높은 이동성을 가진 2차원 전자가스(2dimentional electron gas: 2DEG), 양자 Hall효과, 계면 초전도 등이 산화물 계면에서 관찰되었고 이 현상들은 앞으로 새로운 전자장치에 이용될 수 있을 것이다.

○ LaAlO3-SrTiO3 계면에 형성된 2DEG에서 도체-부도체 상태로의 가역전환이 가능하다는 것이 알려졌고 (001) 실리콘기판에 성장시킨 원자수준 두께의 LaAlO3-SrTiO3 이종구조 계면으로 형성된 2DEG 나노선의 도체-부도체 상온 스위칭이 실험실적으로 실현되었다. 이것은 초고밀도 산화물 나노전자공학적 메모리와 논리요소를 이미 확립된 실리콘 기반의 플랫폼에 편입시킬 수 있다는 것을 의미한다.

○ 여러 가지 산화물의 결합에 의해 다양한 기능성 산화물 계면과 그를 이용한 전자장치를 제작하는 것이 이론적으로는 가능하나 실제로는 매우 어렵다. 그 이유는 장치의 성능에 큰 영향을 미치는 계면의 전자적 성질이 계면 결함의 존재와 두 산화물의 이온특성의 조합 때문에 반도체의 경우보다 훨씬 복잡하기 때문이다.

○ 기능성 산화물 계면은 앞으로 기초과학의 발전은 물론 기존의 반도체에 버금가는 경제적 효과를 가져 올 충분한 잠재적 가능성을 가지고 있으므로 우리도 이 분야에 대한 연구에 노력을 기울일 필요가 있다.

저자: J. Mannhart1 and D. G. Schlom
자료유형: 학술정보