KAIST·버클리대 연구진, 특수전자소자 측정 시 오차 원인 규명

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 한국과 미국 연구진이 머리카락 두께의 수만 분의 1도 관찰할 수 있는 초정밀 현미경으로 특수 전자소자를 측정할 때 발생하던 오차의 원인을 규명했다.

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 미국 버클리 대학 레인 마틴 교수팀과 주사탐침현미경 측정의 최대 난제였던 신호 정확도를 저해하는 핵심 요인을 규명하고 이를 제어하는 획기적인 방법을 개발했다고 18일 밝혔다.

연구팀은 현미경 탐침과 시료 표면 사이에 존재하는 비접촉 유전 간극이 측정 오차의 주요 원인임을 밝혀냈다. 이 간극은 측정환경에서 쉽게 변조되거나 오염물질로 채워져 있어 전기적 측정에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

이에 연구팀은 물과 같은 고유전율 유체를 이용해 간극을 채우는 방법을 고안, 나노스케일 분극 전환 전압 측정의 정밀도를 8배 이상 향상했다. 이러한 접근은 기존의 대칭 커패시터 구조에서 얻은 결과와 거의 일치하는 값을 얻을 수 있어 강유전체 박막의 특성 분석에 새로운 장을 열 것으로 기대된다.

특히 연구팀은 규칙적으로 위아래 전기적 특성이 정렬된 리튬 니오베이트(광학 및 전자 소자에 사용되는 특수 결정) 물질에 물을 매개체로 사용했을 때 기존보다 월등히 높은 정밀도의 압전 반응력 현미경(물질의 미세 전기적 특성을 관찰하는 특수 현미경) 측정에 성공했다.

또 물로 제어된 유전 간극에서는 다른 분극 신호 간의 비대칭성이 4% 이하까지 떨어지는 것을 확인했다. 이는 물 분자가 표면 전하를 중화시켜 정전기력 영향을 최소화한 결과로 분석된다. 이는 마치 건조한 겨울철에 발생하는 정전기를 물로 없앨 수 있는 것과 비슷한 원리다.

홍승범 교수는 "이번 발견은 미세 탐침을 활용한 나노스케일 측정 기술의 불확실성 문제를 해결할 수 있는 기반 연구"라며 "강유전체뿐만 아니라 다양한 기능성 재료의 전기적 특성 분석에 널리 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.

KAIST 신소재공학과 엄성문 박사과정이 제1 저자로, 김연규 박사과정이 공저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단과 KAIST 글로벌 특이점 사업의 지원 및 미국 연구진과의 국제 공동 연구를 통해 수행됐다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스'에 지난 9월2일 게재됐다.

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