연구활동 [2] 이차원 헤테로 구조체의 계면 전자 터널링 능동 제어 및 전자 분포 이미징

연구 활동 [2] - 세부 연구 활동 (1)  : 2차원 반데르발스 강이온성 물질 CuInP₂S₆에서원하는 위치에 선택적으로 이온 이동을 활성화 시키기 위해서는 기존 선행 연구의 변전효과보다 훨씬 더 큰 기계적 변형 및 곡률 반경이 요구됩니다. 따라서 국소 프리 스탠딩 (free-standing) 상태를 유도하기 위하여 500 nm 폭과 150 nm 높이의 갖는 나노갭 구조를 제작하였습니다. 이후 나노갭 기판 위에 Au 하부 전극과 In₂Se₃, CuInP₂S₆를 순서대로 전사한 뒤, 원자힘 현미경 (AFM탐침으로 수직 응력을 가해 물질의 곡률 반경과 변전효과를 공간 선택적으로 극대화시켰습니다. 이렇게 공간 선택적으로 제어된 변전효과는 물질 내 격자 구조의 곡률로 인해 전체 분극 합계가 수직 방향으로 이동하고 이에 따라 물질 자체에 -Z 방향 내부 자체 전기장을 국소적으로 형성합니다. 국소적으로 증폭된 내부 자체 전기장은 구리 이온의 이동을 유도함에 따라 최대 전류의 5.76 X 10²배 증가시킴과 동시에 전도성 필라멘트를 선택적으로 원하는 위치에 232.421 nm 폭과 58.984 nm 높이로 성장시키는 필라멘트 능동 제어에 성공하였습니다.

2015년에 학계 최초로 보고된 유일한 2차원 반데르발스 층상 구조를 지니는 강이온성 물질인 CuInP₂S₆은 학계에서 매우 주목받고 있는 상황이지만 이온의 이동이 확률론적이라는 매우 큰 한계점을 갖습니다. 이러한 확률론적 한계를 해결하기 위해서는 공간 선택적으로 전기장을 제어할 수 있어야 하므로, 해당 연구에서는 나노 탐침으로 수직 응력을 가하여 선택적으로 변전장을 유도하였습니다. 이렇게 증폭된 변전장을 기반으로 강이온성 물질 내의 전도성 필라멘트를 원하는 위치에 성장시키는 필라멘트 능동 제어에 성공하였습니다. 

연구활동 [1]의 세부 연구 활동 (1)은 기존 분자 접합이 갖고 있는 구조적인 한계점을 뛰어넘었으며, 연구활동 [1]의 세부 연구 활동 (2)는 기존 3D 패키징 및 이종 직접화 기술에서 금속 전극의 단순 접착 용도로만 사용되던 유기 단분자막을 기능화하여 기존 공정의 한계를 뛰어 넘었습니다. 연구활동 [1]은 3D 패키징 공정 및 나노 계측 공정에 적용 가능한 공정임에 따라 향후 국내 반도체 패권 선점을 이어갈 주요 학심 원천 기술이 될 것으로 기대됩니다. 연구활동 [2]의 세부 연구 활동 (1)은 기존 강이온성 물질의 확률론적 한계점을 뛰어넘으며, 이온 이동을 기계적으로 제어 가능함을 학계 최초로 제시하였습니다.

저는 연구활동 및 실험이 진행되면 될수록 점점 연구 진행 능력이 성장하고 독립적인 연구자로 성장함과 동시에 연구 활동의 큰 매력을 느끼게 되었습니다. 이렇게 연구 활동 자체를 즐기다보니 자연스럽게 주위에 다양한 분야의 공동 연구자들도 늘어났습니다. 따라서, 저는 이러한 연구 활동을 통해 새로운 물리적 현상 및 결과를 공동 연구 및 협업을 통해 탐구하고 분석하는 것이 저에게 얼마나 가치있고 행복한 일인지 깨닫는 계기가 되었습니다.