나노기술 및 정책 정보

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● 부산대학교의 정세영 교수, 성균관대학교의 김영민 교수, 미국 Mississippi State University의 김성곤 교수 공동 연구팀이 마치 벽돌로 쌓은 담이 한 층의 높이를 나타내 듯 단원자층 수준의 거칠기를 가진 초평탄 구리박막을 이용하여 구리의 산화 작동 원리를 세계 최초로 이론과 실험을 통해 규명

● 기존 연구에서 초평탄면을 갖는 박막의 실현은 어려운 주제였으나 연구진은 자체 개발한 방법(atomic sputtering epitaxy, ASE)으로 단원자층 수준의 초평탄 구리박막을 구현하여 산화가 일어나지 않음을 확인

● 고분해능 투과전자현미경 등을 사용하여 1년간 공기 중에 노출된 초평탄 구리박막을 관측한 결과, 일반적으로 구리 표면에서 관찰되는 자연 산화막은 물론이고 원자 한층 수준의 산화조차도 관찰되지 않았음.

● 연구팀은 산소가 구리 내부로 들어가기 위한 에너지 변화를 계산한 결과, 표면 거칠기가 두 원자층 이상일 경우 구리 내부로의 산소 침투가 쉽게 진행되는 반면, 완벽하게 평평한 면 이거나 표면 거칠기가 단원자층 일 때는 산소 침투를 위해 매우 큰 에너지가 필요하기 때문에 상온에서는 산화가 일어나지 않음을 밝힘.

● 이에 더하여 초평탄 박막 표면에 존재하는 산소는 산소가 존재할 수 있는 자리의 50%가 차면 더 이상 다른 산소가 접근하지 못하도록 밀어내어 산화를 억제하는 자기-조절 기능이 있음을 확인

● 해당 연구는 높은 전기전도도를 가진 구리로 금을 대체할 경우 경제적 이점 및 장비 소형화 등에 기여할 것으로 기대

※ 용어설명

- ASE(atomic sputtering epitaxy): 연구진이 자체 개발한 방식으로 기존 박막 성장장치를 순수 자체기술로 개조하여 초평탄 박막을 대면적으로 성장시킬 수 있으면서도, 장비 가격이 매우 경제적이어서 향후 고가의 박막성장 장비를 대체할 것으로 기대

※ Nature 게재(2022.03.16.), “Flat-surface-assisted and self-regulated oxidation resistance of Cu(111)”

※ 과학기술정보통신부(개인기초연구(중견연구) 및 집단연구지원(기초연구실) 사업) 지원