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차세대 반도체 소재의 비밀 3차원 영상기법으로 밝혀내
이름 : 관리자 | 작성일 : 2018.08.16 08:52 | 조회수 : 712

차세대 반도체 소재의 비밀 3차원 영상기법으로 밝혀내

- 질화물 반도체 전기-빛 변환 저하 원인을 단일 원자 수준에서 규명 -

KBSI 연구팀, 나노소재분야 세계적 학술지 Nano Letters논문 게재


□ 실리콘 기반 질화갈륨(GaN) 반도체의 전기-빛 변환 효율이 낮은 이유가

   밝혀짐에 따라 사파이어 기반으로 형성 된 현 질화갈륨 LED 시장에 큰

   변화를 가져올 것으로 기대된다.


□ 한국기초과학지원연구원(원장 이광식, 이하 KBSI) 양민호·백현석·이문상 박사

   연구진은 새로운 투과전자현미경(이하 전자현미경) 영상기법을 개발해,

   실리콘 기반 질화갈륨 반도체의 전기-빛 변환효율 저하의 원인이 그 독특한

   원자 결함에 있다는 것을 밝혀냈다.


□ 연구진은 차세대 반도체 소재로 각광받는 질화갈륨 반도체를 실리콘 기반에서

   만들 경우 결정층이 만들어지는 성장 방향에서 기울어진 원자결함 구조가 

   생기는 것을 확인하고,
- 새로운 3차원 현미경 영상기법을 활용해 결함 구조가 기존에는 예상하지 못했던

   금속결합*으로 구성 되어 있음을 확인했다.

   * 금속결합의 경우 빛으로 변환되는 전자의 수가 크게 줄어들어 효율 저하를 야기


□ 향후 이 기울어진 원자결함을 피하는 성장기술이 개발되면 질화갈륨 LED 생산

   공정에도 큰 변화가 일 것으로 보인다.
 - 실리콘 기반으로도 현재의 사파이어 기반 LED와 같은 품질의 LED 생산이 가능

   해지면 9배 이상 넓은 질화갈륨을 생산이 가능해질 뿐 아니라 실리콘 기반의 

   장비와 기술들을 거의 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다.


□ 일반적인 전자현미경 입체 영상법*은 평면에 비해 수직 방향 구별 능력이 떨어져

   입체적인 원자 구조의 분석이 어려운데, 연구진은 이 영상기법에 회절조건 

   변화를 조합하여 원자결함의 입체적 구조를 밝혀 낼 수 있었다. 

   * 전자현미경 광학단면법 기준으로, 평면에서는 10-10미터 크기의 단일원자 구별이 가능하지만,

     깊이 방향으로는 수 나노미터(10-9미터) 수준만 구별이 가능
 - 회절은 전자빔이 원자 배열의 특정한 각도에서 강한 반사를 일으키는 현상으로,

   원자배열이 바뀌는 결함 지역에서 회절조건도 변하는 점을 이용하면 원자들의

   상하좌우 이동방향을 알 수가 있다.
 - 이런 회절조건 변화의 구현은 KBSI 서울센터의 단색전자빔 이중수차보정 

   투과전자현미경이 보유한 뛰어난 해상도의 입체영상 능력이 있어 가능했다.


□ 이번 성과는, 나노소재 분야 세계 최고 권위 학술지인 ‘Nano Letters’誌 7월 

  3일자 온라인판(논문명 : Partial Edge Dislocations Comprised of Metallic Ga 

  Bonds in Heteroepitaxial GaN, IF=12.08, 1저자 이문상, 공저자 백현석, 교신

  저자 양민호)에 게재되었다.


□ KBSI 서울센터 양민호 박사는 “이번 연구는 새로운 전자현미경 기법 개발로 

  반도체의 효율 문제를 규명한 사례”라며 “다양한 물질 현상들을 밝혀내기 

  위해서는 보다 더 진보된 입체 전자현미경 연구법을 개발할 필요가 있다.”고 

  말했다.


☎ 문의처 : [현미경 관련] KBSI 서울센터 백현석 박사(02-6943-4123)

             [반도체 관련] KBSI 중소기업지원팀 이문상 박사(042-865-3519)

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