나노기술 및 정책 정보

• 목록

나고야(名古屋)대학 대학원 공학연구과, 독일 다름슈타트공과대학(Technische Universitat Darmstadt) 등의 국제 공동 연구그룹이 반도체에 외부로부터 빛(photon)과 힘(force)을 동시에 입사하는 방법을 새롭게 개발, 결정의 주름(전위)의 운동이 광 조사로서 변화하는 현상을 나노 스케일로 측정하는 데 최초로 성공함.

고도로 정보화된 현대 사회에서 반도체 재료의 중요성은 매우 높음. 반도체에는 깨지지 않을 것, 즉 높은 신뢰성과 내구성이 요구됨. 반도체의 구조적 강도가 빛 환경에 강하게 의존하는 것이 발견된 이래 각종 반도체의 진짜 힘을 알기 위한 기술 개발이 기대되어 왔음.

연구진은 빛 제어 환경 하에서 재료의 나노 스케일의 강도를 평가하는 방법을 개발하는 데 도전함. 압자(壓子)라 불리는 힘을 발생시키는 부위 자신에 의해 그림자를 생기게 하지 않도록 낮은 각도이면서 두 방향에서 빛을 조사(照射)할 수 있는 장치를 개발함.

그 결과, 전위의 발생에는 빛이 별로 영향을 주지 않는다는 것과, 다른 한편으로 전위 운동에 빛이 강하게 영향을 미친다는 것을 발견함. 결정의 형상 변화(소성 변형)를 담당하는 전위에 이러한 특성이 있었다는 것이 최초로 규명된 것임. 원인으로는 전위 발생 시 전위원으로부터 전위가 나와야 하는데, 이를 지배하는 전위의 선장력(線張力)은 전위의 변형 에너지에 의존함. 이 변형 에너지에 광 여기 캐리어(과잉 전자 및 홀)와 전위의 상호 작용은 거의 영향을 주지 않음.

한편, 전위의 미끄럼 운동 시 광 여기 캐리어가 정전기 상호 작용에 의해 전위에 끌리기 때문에 광 여기 캐리어와 전위의 상호작용이 강하게 영향을 주는 과정이 됨. 이러한 과정의 차이가 빛에 대한 반응의 차이를 발생시킨 원인이라 여겨짐.

본 연구 성과로 인해 다양한 첨단 반도체의 구조적인 강도를 정확하게 평가할 수 있게 될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 Nano Letters(Photoindentation: A New Route to Understanding Dislocation Behavior in Light)에 게재됨.