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한국표준과학연구원 전자기표준센터 박재성 책임연구원과 채동훈, 김완섭 책임연구원 연구팀은 그래핀을 활용하는 방식의 새로운 표준저항소자 개발에 성공했다고 8일 밝힘. 표준저항소자는 소자의 저항을 정밀하게 측정하는 것을 돕는 표준지표임.

표준저항소자에는 특정한 조건에서 홀 저항이 물질에 무관하게 일정한 값을 가지는 양자홀 효과를 활용한 소자가 쓰임. 양자홀 효과를 이용하는 소자 중에서도 갈륨비소(GaAs) 반도체가 주로 쓰였으나 갈륨비소 반도체는 절대온도 1.5도(1.5K, 영하 271.65도)의 극저온과 10테슬라(T) 이상의 큰 자기장에서만 동작해 작동시키기 어려웠음. 반면 그래핀 표준저항소자는 상대적으로 고온인 4.2K 온도에서 5T 이하 낮은 자기장으로도 표준저항을 만들 수 있음. 또 실제 산업계에서 쓰이는 교류 전류용 표준저항을 만들 때도 정밀도가 높아지는 장점이 있음.

연구팀은 1600도 이상 고온에서 탄화규소 그래핀을 성장시킨 후 표준저항으로 만드는 소자 공정기술을 개발했음. 이를 통해 12.9킬로옴(kΩ) 그래핀 기반 양자홀 단일 표준저항을 개발한 것임. 탄화규소 그래핀을 키워 양자홀 단일소자까지 구현한 곳은 독일 연방물리기술원(PTB)과 미국 국립기술표준원(NIST)에 이어 세계 세 번째임.

본 연구 성과는 ‘Applied Physics Letters’ 지에 게재됨.