나노기술 및 정책 정보

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도쿄(東京)대학 생산기술연구소, 프랑스 국립과학연구센터의 공동 연구그룹이 빛과 포논의 혼합 상태인‘표면 포논 폴래리톤(phonon-polariton)’을 이용하여 질화실리콘 박막의 열전도율을 두 배로 향상시키는 데 성공함. 연구진은 표면 포논 폴래리톤에 주목하고 열전도율이 낮은 박막 구조에 있어 전반(傳搬) 속도가 현격하게 빠른 빛의 힘을 통해 열전도율을 강화함으로써, 전도, 대류, 복사를 잇는 제 4의 방열 메커니즘으로서의 가능성을 탐구함. 다른 두께를 갖는 질화실리콘 나노 박막의 열전도율을 실온~500℃ 사이에서 측정한 결과, 두께 100nm의 박막은 온도가 상승함에 따라 열전도율이 저하된 반면, 50nm 이하의 박막에서는 반대로 열전도율이 상승하여 배증(倍増)하는 것을 확인함. 이는 박막에서는 표면 포논 폴래리톤이 열전도에 크게 기여하고 고체 열전도와 같거나 그 이상의 방열 메커니즘을 나타낼 수 있음을 시사함. 향후 방열 문제를 내포하고 있는 반도체 디바이스 및 실리콘 포토닉스 분야에 파급 효과를 미칠 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Science Advances’ (“Enhanced thermal conduction by surface phonon-polaritons”) 지에 게재됨.