ºÎ»ê´ëÇб³¿Í KAIST, ¹Ì±¹ ¹Ì½Ã½ÃÇÇÁÖ¸³´ëÇб³ °øµ¿¿¬±¸ÁøÀº ¾ÆÁÖ ¾ã°í °í¸£°Ô ¸¸µé¾îÁø ±¸¸® ¹Ú¸·¿¡¼ ÀüÀÚ°¡ ¾Æ´Ñ ¾ç°ø(hole)*ÀÌ ÁÖ·Î Àü·ù¸¦ ¿î¹ÝÇÑ´Ù´Â »ç½ÇÀ» ¹àÇô³», µµÃ¼ÀÎ ±¸¸®°¡ ¹ÝµµÃ¼ ±â´É±îÁö ÇÒ ¼ö ÀÖ´Â °¡´É¼ºÀ» Á¦½ÃÇß´Ù.
* ¾ç°ø(hole): ÀÀÁý¹°Áú¹°¸®Çп¡¼ ¾ç°ø(åÕÍî, electron hole) ¶Ç´Â Á¤°ø(ïáÍî)Àº ¹ÝµµÃ¼ (ȤÀº Àý¿¬Ã¼)¿¡ ´ëÇØ(¿ø·¡ ÀüÀڷΠä¿öÁ® ÀÖ¾î¾ß µÊ) ¿øÀÚ°¡¶ì(Valence Band, ÀüÀÚ°¡ Á¸ÀçÇÏ´Â °¡Àå ³ôÀº ÀüÀÚ ¿¡³ÊÁö ¹üÀ§)ÀÇ ÀüÀÚ°¡ ºÎÁ·ÇÑ »óÅÂÀÎ ÁØÀÔÀÚ. ¾ç°øÀº ÀÌ ÀüÀÚÀÇ ºÎÁ·À¸·ÎºÎÅÍ »ý±â´Â ±¸¸Û(»ó´ëÀûÀ¸·Î ¾çÀÇ ÀüÇϸ¦ °®°í ÀÖ´Â °Íó·³ º¸ÀÓ)ÀÌ´Ù.
![](http://db.kookje.co.kr/news2000/photo/2024/0722/L20240722.99099006762i1.jpg) |
»çÁø ¿ÞÂʺÎÅÍ Á¤¼¼¿µ ºÎ»ê´ë ±³¼ö, ¿ÁÁ¾¸ñ ºÎ»ê´ë ±³¼ö, ¾çÈñÁØ Ä«À̽ºÆ® ±³¼ö, ±è¿ë°ü Ä«À̽ºÆ® ±³¼ö, ±è¼º°ï ¹Ì½Ã½ÃÇÇÁÖ¸³´ë ±³¼ö
|
º¸Åë µµÃ¼ÀÎ ±Ý¼Ó¿¡¼´Â ÀüÀÚ°¡ Àü·ù¸¦ ¿î¹ÝÇÏ°í, µµÃ¼¿Í ºÎµµÃ¼ÀÇ Áß°£¿µ¿ª¿¡ ÀÖ´Â ¹ÝµµÃ¼(ÚâÓôô÷)¿¡¼´Â ÀüÀÚ¿Í ¾ç°øÀÌ Àü·ù¸¦ ¿î¹ÝÇÑ´Ù. Àü·ù¸¦ ´Ù·ç´Â ÀüÀÚ°øÇÐ ºÐ¾ß´Â ÁÖ·Î ¹ÝµµÃ¼¸¦ ÀÌ¿ëÇØ ¹ßÀüÇØ ¿Ô´Âµ¥, °è¼ÓÇؼ Àü·ù°¡ Èê·¯ Á¶ÀýÀÌ ¾î·Á¿î ±Ý¼Ó°ú ´Þ¸® ¹ÝµµÃ¼´Â ¾î¶² Ưº°ÇÑ Á¶°Ç¿¡¼¸¸ Àü±â°¡ ÅëÇÏ´Â ¹°ÁúÀ̹ǷΠÇÊ¿ä¿¡ µû¶ó Àü·ù¸¦ Á¶ÀýÇϱ⠽±±â ¶§¹®ÀÌ´Ù.
±×·±µ¥ À̹ø¿¡ ¿¬±¸ÆÀÀÌ ±Ý¼ÓÀÎ ±¸¸®¿¡¼ Àü·ù ¿î¹Ý¿¡ ÀüÀÚ»Ó ¾Æ´Ï¶ó ¾ç°øÀÌ Áß¿äÇÑ ¿ªÇÒÀ» ÇÒ ¼ö ÀÖÀ½À» È®ÀÎÇß´Ù. ÀÌ´Â ¹ÝµµÃ¼ ¾øÀÌ ±Ý¼Ó¸¸À¸·Îµµ ÀüÀÚ°øÇÐÀ» ±¸ÇöÇÒ ¼ö ÀÖ´Â °¡´É¼ºÀ» Á¦½ÃÇÑ °ÍÀÌ´Ù. ¸¸¾à ±¸¸® ÀÚü¿¡¼ ¾ç°øÀÌ ¸¸µé¾îÁö¸é ¹ÝµµÃ¼ ¾øÀÌ ±Ý¼Ó¸¸À¸·Î ÀüÀÚ°øÇÐÀ» ½ÃµµÇØ º¼ ¼ö ÀÖ´Ù.
À̹ø ¿¬±¸¸¦ ÅëÇØ Àü±Ø ¼ÒÀçÀÎ µµÃ¼ ÀÚü°¡ ¹ÝµµÃ¼ ±â´É±îÁö ÇÏ´Â »õ·Î¿î ±Ý¼ÓÀüÀÚ°øÇÐ(metaltronics) ºÐ¾ß¸¦ °³Ã´ÇÏ´Â °è±â°¡ µÉ °ÍÀ¸·Î ±â´ëµÈ´Ù.
ºÎ»ê´ëÇб³(ÃÑÀå ÃÖÀç¿ø)´Â ±¤¸ÞÄ«Æ®·Î´Ð½º°øÇаú Á¤¼¼¿µ ¸í¿¹±³¼ö¿Í ¹°¸®Çаú ¿ÁÁ¾¸ñ ±³¼ö°¡ KAIST ¹°¸®Çаú ¾çÈñÁØ ±³¼ö, ±è¿ë°ü ±³¼ö, ¹Ì±¹ ¹Ì½Ã½ÃÇÇ´ëÇб³ ¹°¸®¡¤Ãµ¹®Çаú ±è¼º°ï ±³¼ö °øµ¿¿¬±¸Áø°ú ÇÔ²² ¾ç°øÀÌ ÁÖ ¼ö¼ÛÀÚÀÎ 2Â÷¿ø ´Ü°áÁ¤ ±¸¸®¸¦ °³¹ßÇÏ°í ±× ¼ö¼Û ¸ÞÄ¿´ÏÁòÀ» ¹àÈ÷´Â µ¥ ¼º°øÇß´Ù°í 22ÀÏ ¹àÇû´Ù.
¿¬±¸ÆÀÀº ¾ÆÁÖ ¾ã°í °í¸¥ ±¸¸® ¹Ú¸·, Áï °áÁ¤¸³°è*(°áÁ¤ °áÇÔ)°¡ ÀüÇô ¾ø´Â 2Â÷¿ø ´Ü°áÁ¤ ±¸¸® ¹Ú¸·¿¡¼ ºñ¼±ÇüÀû Ȧ È¿°ú¸¦ °üÃøÇÏ°í, ÀüÀÚ°¡ ¾Æ´Ñ ¾ç°øÀÌ Áö¹èÀûÀ¸·Î Àü·ù¸¦ ¿î¹ÝÇÏ´Â ¿ªÇÒÀ» ÇÔÀ» ±Ô¸íÇß´Ù.
* °áÁ¤¸³°è(grain boundary, Ì¿ïÜأͣ): ´Ù°áÁ¤(polycrystalline)ÀÇ °íü¹°Áú¿¡¼ ¹°ÁúÀ» ±¸¼ºÇÏ´Â °³º°ÀÇ °áÁ¤¸³µé »çÀÌÀÇ °è¸é ¶Ç´Â °æ°è. °áÁ¤¸³Àº ¿øÀÚ°¡ ÁÖ±âÀûÀ¸·Î ¹è¿µÈ µ¿ÀÏÇÑ ¿µ¿ªÀ» ¸»Çϸç, °áÁ¤¸³°è´Â ¼·Î ´Ù¸£°Ô ¹è¿µÈ µÎ °áÁ¤¸³ °£ÀÇ °æ°è¿¡¼ °áÁ¤°ÝÀÚ°¡ ³ª¶õÇÏÁö ¾Ê¾Æ ¹ß»ýÇÏ´Â 2Â÷¿øÀÇ ±¸Á¶Àû °áÇÔÀÌ´Ù.
Àü·ù°¡ ÀÚ±âÀå¿¡ ÀÇÇØ ÇÑÂÊÀ¸·Î ÈÖ´Â Çö»óÀ» Ȧ È¿°ú¶ó°í Çϸç, ÀÌ´Â Àü·ù¸¦ ÀÌ·ç´Â ÀüÀÚµéÀÇ ¿òÁ÷ÀÓ¿¡ ÀÇÇØ ¹ß»ýÇÑ´Ù. À̹ø¿¡ ¿¬±¸ÆÀÀÌ ±¸¸® ¹Ú¸·¿¡¼ °üÃøÇÑ ¡®ºñ¼±ÇüÀû Ȧ È¿°ú¡¯´Â ÀÌ¿Í °°Àº Çö»óÀÌ ´Ü¼øÈ÷ ºñ·ÊÇÏÁö ¾Ê°í º¹ÀâÇÑ ÇüÅ·Π³ªÅ¸³ª´Â °ÍÀ» ¸»ÇÑ´Ù.
ÈçÈ÷ Àü·ù´Â ÀüÀÚ°¡ ¿òÁ÷ÀÌ¸é¼ »ý±ä´Ù°í »ý°¢ÇÏÁö¸¸, ¿¬±¸ÆÀÀº ºñ¼±ÇüÀû Ȧ È¿°ú¸¦ °üÃøÇÏ°í ±¸¸®¿¡¼ ÀüÀÚ»Ó ¾Æ´Ï¶ó ¾ç°øµµ Àü·ù¸¦ ¿î¹ÝÇÒ ¼ö ÀÖ´Â ÁÖ¿ä ¼ö¼ÛÀÚÀÓÀ» ¾Ë¾Æ³¿À¸·Î½á Àü±âÀû ¼ºÁúÀÇ ÀÌÇظ¦ ³ÐÈ÷°í ÀüÀÚ¼ÒÀÚ, ³ª³ë±â¼ú, Àç·á°úÇÐ µî ´Ù¾çÇÑ ºÐ¾ß¿¡¼ Çõ½ÅÀûÀÎ ¹ßÀüÀ» À̲ø¾î ³¾ ¼ö ÀÖ´Â Áß¿äÇÑ ¹ß°ßÀ» Çس´Ù.
À̹ø ¿¬±¸¿¡¼ Àç¹ß°ßÇÑ Àç·á´Â ±¸¸®´Ù. ±¸¸®´Â ÀüÀÚ¸¦ ÁÖ ¼ö¼ÛÀÚ·Î °®´Â ´ëÇ¥Àû ¹°ÁúÀÌ´Ù. º¸Åë ±¸¸® ³»¿¡´Â ÀÔ¹æ(¼¼Á¦°ö) cm´ç ¾à 1023°³ÀÇ ÀüÀÚ°¡ Á¸ÀçÇÑ´Ù. ±¸¸®ÀÇ ÀüÀÚ¿¡ ÀÇÇÑ ¼ö¼ÛÀº ³ôÀº Àü±âÀüµµµµ¿Í ³·Àº ÀúÇ×À» Á¦°øÇϱ⠶§¹®¿¡ ÀϹÝÀûÀÎ »ýÈ° ¼Ó¿¡¼ ¸Å¿ì Áß¿äÇÑ µµÃ¼·Î È°¿ëµÅ ¿À°í ÀÖ´Ù. ±×·¯³ª ÀÌ ±¸¸®°¡ ¼ö½Ê ³ª³ë µÎ²²·Î ¾ã¾ÆÁö°í °áÁ¤¸³°è°¡ ¿ÏÀüÈ÷ Á¦°ÅµÇ¸é 2Â÷¿øÀû Ư¼ºÀ» ³ªÅ¸³»¸é¼ ÀüÀÚµéÀÌ ¾ç°øó·³ º¸ÀÌ°Ô µÈ´Ù.
¿ì¸®°¡ ¾Ë°í ÀÖ´Â °Íó·³ 3Â÷¿øÀÇ ±¸¸®¿¡¼´Â ´Ü°áÁ¤À̰ųª ´Ù°áÁ¤À̰ųª¿¡ °ü°è¾øÀÌ ÀüÀÚ°¡ ÁÖµÈ ¼ö¼ÛÀÚ°¡ µÈ´Ù. ±×·¯³ª ¹Ú¸·ÀÌ 200nm(³ª³ë¹ÌÅÍ, 10¾ïºÐÀÇ 1¹ÌÅÍ) µÎ²²ÀÇ ¾ã±â¿¡ À̸£¸é ¼¼È÷ ÀüÀÚ°¡ ¾ç°øÀ¸·Î ¹Ù²î°Ô µÇ°í ³·Àº ¿Âµµ¿¡¼´Â ÀÌ·¯ÇÑ Çö»óÀÌ ´õ¿í µÎµå·¯Áö°Ô ³ªÅ¸³´Ù. 40nm µÎ²² ÀÌÇÏÀÇ ´Ü°áÁ¤ ±¸¸® ¹Ú¸·¿¡¼´Â 95% ÀÌ»óÀÇ ¼ö¼ÛÀÚ°¡ ¾ç°øÀÌ µÈ´Ù.
¿¬±¸ÆÀÀº Atomic Sputtering Epitaxy(ASE) ¹ý¿¡ ÀÇÇÑ 2Â÷¿ø ±¸¸® ¹Ú¸·ÀÇ ¼ºÀåÀ» ÅëÇØ °áÁ¤¸³°è°¡ ÀüÇô ¾ø´Â ´Ü°áÁ¤ ¹Ú¸·À» ±¸ÇöÇß°í, ¿©±â¼ Hall ÃøÁ¤°ú Ãß°¡ÀûÀÎ °¢µµºÐÇر¤ÀüÀÚ¹æÃâºÐ±¤¹ý(ARPES) °üÃøÀ» ÅëÇØ ÀüÀÚ°¡ ¾Æ´Ñ ¾ç°øÀÌ Áö¹èÀû ¼ö¼ÛÀÚ·Î ³ªÅ¸³²À» ÀÔÁõÇß´Ù. ÀÌ ¾ç°øÀÇ ³óµµ´Â °áÁ¤¸³°èÀÇ ¹Ðµµ¿¡ ÀÇÁ¸ÇÔµµ ¹àÇô³Â´Ù.
¿¬±¸ÆÀÀº ±¸¸®¿Í °°Àº ±Ý¼Ó ³»¿¡¼ °áÁ¤¸³°è¿¡¼ÀÇ ¼ö¼ÛÀÚ »ê¶õÀ¸·Î ÀÎÇØ ¼ö¼ÛÇö»óÀÇ º»ÁúÀûÀΠƯ¼ºÀÌ °¡·ÁÁ® ÀÖ¾ú°í, °áÁ¤¸³°è°¡ ÀüÇô ¾ø´Â 2Â÷¿ø ¹Ú¸·À» ¼ºÀåÇÏ´Â µ¥ ¼º°øÇÔÀ¸·Î½á 2Â÷¿ø ±¸¸®ÀÇ º»ÁúÀû ¼ö¼Û Ư¼ºÀº ¾ç°ø¿¡ ÀÇÇÑ´Ù´Â °ÍÀ» ÀÔÁõÇß´Ù°í ¼³¸íÇß´Ù.
2Â÷¿ø ±¸¸®¿¡¼ ¾ç°øÀÌ Áö¹èÀûÀÎ ¼ö¼ÛÀÚ°¡ µÇ´Â ±â¿øÀ» ¹àÈù À̹ø ¿¬±¸´Â ¡®Hole-Carrier-Dominant Transport in 2D Single-Crystal Copper(2Â÷¿ø ´Ü°áÁ¤ ±¸¸®¿¡¼ ¾ç°øÀÇ Áö¹èÀû ¼ö¼ÛÇö»ó)¡¯¶ó´Â Á¦¸ñÀ¸·Î ¼¼°èÀûÀÎ Àç·á°úÇÐ Àü¹®ÁöÀÎ ¡º¾îµå¹ê½ºµå ¸ÓƼ¸®¾óÁî(Advanced Materials)¡» ¿Â¶óÀÎÆÇ 7¿ù 18ÀÏÀÚ¿¡ ¹ßÇ¥µÆ´Ù.
- ³í¹® ¸µÅ©: https://doi.org/10.1002/adma.202403783
À̹ø ¿¬±¸´Â »ï¼º¹Ì·¡±â¼úÀ°¼º»ç¾÷°ú °úÇбâ¼úÁ¤º¸Åë½ÅºÎ, ±³À°ºÎÀÇ Çٽɿ¬±¸Áö¿ø¼¾ÅÍ Á¶¼ºÁö¿ø»ç¾÷ Áö¿øÀ» ¹Þ¾Æ, ºÎ»ê´ë ±¤¸ÞÄ«Æ®·Î´Ð½º°øÇаú Á¤¼¼¿µ ¸í¿¹±³¼ö, Ä«À̽ºÆ® ¹°¸®Çаú ¾çÈñÁØ ±³¼ö, ±è¿ë°ü ±³¼ö, ¹Ì±¹ ¹Ì½Ã½ÃÇÇÁÖ¸³´ë ±è¼º°ï ±³¼ö°¡ °øµ¿ ±³½ÅÀúÀÚ, ºÎ»ê´ë ¹°¸®Çаú ¿ÁÁ¾¸ñ ±³¼ö, ¼º±Õ°ü´ëÇб³ °°æ·Ï ¹Ú»ç(Çö »ï¼ºÀüÀÚ Ã¥ÀÓ¿¬±¸¿ø), Ä«À̽ºÆ® ÇöÁ¤ÈÆ ¹Ú»ç°úÁ¤»ýÀÌ °øµ¿ Á¦1ÀúÀÚ·Î ¼öÇàÇß´Ù.
Á¤¼¼¿µ ºÎ»ê´ë ±¤¸ÞÄ«Æ®·Î´Ð½º°øÇаú ±³¼ö´Â ¡°ÀÌ·¯ÇÑ È¹±âÀûÀÎ ¹ß°ßÀº °áÁ¤¸³°è ¿£Áö´Ï¾î¸µÀ» ÅëÇØ ±Ý¼ÓÀÇ ´Ù¼ö ij¸®¾î ±Ø¼ºÀ» Á¶ÀÛÇÒ ¼ö ÀÖ´Â °¡´É¼ºÀ» Á¦½ÃÇÏ¸ç ¾ÕÀ¸·Î ÀüÀÚ°øÇаú´Â ¶Ç ´Ù¸¥ ¡®±Ý¼ÓÀüÀÚ°øÇÐ(metaltronics)¡¯À̶ó°í ÇÏ´Â »õ·Î¿î ÀåÀ» ¿©´Â ¼¸·À» ¿¹°íÇÑ´Ù¡±°í ¹àÇû´Ù.
ÇÑÆí, Á¤¼¼¿µ ±³¼ö´Â ¡°¹ÝµµÃ¼¿¡¼ÀÇ ÀüÀÚ°¡ ÀüÀÌÇØ ¾ç°øÀ» ³²±â°í ¿¡³ÊÁö¶ì¿¡¼ ¶ì°£°Ý(band gap)À» ¸¸µêÀ¸·Î½á ¹ÝµµÃ¼ ¼ÒÀڷμ È°¿ëÀÌ µÇÁö¸¸ ±¸¸®¿¡¼ÀÇ ÀüÀÚ¿Í ¾ç°øÀº °°Àº Æ丣¹Ì Ç¥¸é*»ó¿¡ Á¸ÀçÇÑ´Ù. Áï, ¹ÝµµÃ¼¿Í °°Àº ¹êµå°¸ÀÌ ¾ø´Ù. À̸¦ ¹ÝµµÃ¼Ã³·³ È°¿ëÇϱâ À§Çؼ´Â ´Ù¸¥ ÀÏÇÔ¼ö¸¦ °®´Â ±Ý¼Ó°ú Á¢¸ñÀ» Çϰųª ±âÇÏÀû ±¸Á¶¸¦ ÀÌ¿ëÇÑ ÆÐÅÍ´× ±â¼úÀÌ Á¢¸ñµÇ´Â µî ¸î °¡Áö °úÁ¤À» ´õ °ÅÃÄ¾ß ÇÒ °Í¡±À̶ó°í µ¡ºÙ¿´´Ù.
* Æ丣¹Ì Ç¥¸é(Fermi surface): ÀÀÁý¹°Áú¹°¸®Çп¡¼ Æ丣¹Ì Ç¥¸éÀº Àý´ë 0µµ¿¡¼ Á¡À¯µÈ ÀüÀÚ »óÅÂ¿Í ºñ¾î ÀÖ´Â ÀüÀÚ »óŸ¦ ºÐ¸®ÇÏ´Â ¿ª°ÝÀÚ °ø°£**ÀÇ Ç¥¸éÀÌ´Ù. Áï ÀüÀÚ°¡ ä¿öÁø °¡Àå ³ôÀº ¿¡³ÊÁö »óÅÂÀÇ Ç¥¸éÀ» ¸»ÇÑ´Ù.
** ¿ª°ÝÀÚ °ø°£: ½Ç°ÝÀÚ´Â °áÁ¤°è¿Í °°Àº ¹°¸®Àû °ø°£ÀÇ ÁÖ±â ÇÔ¼öÀÎ ¹Ý¸é ¿ª°ÝÀÚ´Â º¤ÅÍ °ø°£À¸·Î °£ÁֵǴ ¹°¸®Àû °ø°£À¸·Î¼ k °ø°£À¸·Î ¾Ë·ÁÁ® ÀÖ´Ù. ¿ª°ÝÀÚ´Â °ø°£ ÁÖÆļö¿¡ ÀÇÇÑ ¼öÇÐÀû °ø°£À¸·Î ÀÌÇØÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù.