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산화물-금속 계면 원자층의 광전자 분광 분석

전문가 제언: ○ 무기재료 중에서 가장 다양한 범위의 기능성을 갖고 있는 재료인 산화물과 금속의 계면에서 성장하는 고도의 결정체인 적층 막(epitaxial film)은 고온 초전도체, 반도체, 유전체, 냉광(luminescence) 등의 분야에서의 응용과 연구 측면에서 매력적인 특성을 갖는 우수한 재료로서 선진국을 중심으로 연구개발이 활발하게 진행되고 있으며, 이와 같은 산화물의 산업적 응용성을 높이기 위해서는 계면원자층의 결합을 정밀하게 분석하여 산화물의 성능을 극대화하는 것이 중요하다.

○ 최근 산화물과 금속의 계면결합에 관한 연구가 활발하게 진행되면서 계면 근방에서의 적층 막의 결합상태를 규명하는 광전자분광법의 활용도가 높아지고 있다. 적층 막의 성장기술은 적층 막의 결정상과 연관되는 in situ 기술과 적층 막의 산화물상과 연관되는 ex situ 기술 분야에서 다양하게 발전되고 있다. 특히 적층 막의 두께가 나노 사이즈로 되면서 적층 막에 대한 첨단 나노기술과 재료기술에 대한 중요성이 증가하고 있다.

○ 고체 표면에 연X선(AlKα, MgKα 등)을 조사하여 방출되는 광전자의 운동에너지를 측정하고, 전자의 결합에너지를 구하여 원소분석을 하는 X선 광전자분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy)은 광전자의 탈출 깊이가 수 nm이므로 표면층에서 측정이 가능하며, 중성원자가 이온화되면 내각 전자의 에너지준위에 차이가 생기고 피크가 이동하여 그로부터 화학조성에 관한 정보를 얻는다.

○ 일본의 National Institute for Materials Science, Tsukuba는 Michiko Yoshitake 등의 알루미나와 금속과의 계면결합에 대한 예측법에 관한 연구결과를 토대로 데이터베이스 사이트 MatNavi의 응용시스템 중 하나인 「계면결합예측시스템(Interface Bonding Prediction System)」을 공개 운영하고 있으며, 광전자분광법외에도 이미지 분해능이 높고 고감도 분석 등의 특징을 갖는 이미지 SIMS시스템을 갖추어 2차 이온 질량분석, 3차원 분석에의 응용 등의 계면의 연구에 많이 응용하고 있다.

저자: Michiko Yoshitake
자료유형: 학술정보