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*파이프라인도 '카멜레온'처럼 색깔 바꾼다 온도에 따라 색깔 바뀌는 고체 산화물 개발 300℃의 고온에서도 변형 없어…산업 적용 가능성 높여 포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 손준우 신소재공학과 교수와 김영광 박사, 이동화 신소재공학과·첨단재료과학부 교수, 이준호 신소재공학과 박사 연구팀이 온도에 따라 색깔이 바뀌는 고체 산화물을 개발했다고 14일 밝혔다. 온도가 올라가면서 색깔이 변하는 물질은 대개 유기물로 만들어져 100℃가 넘는 높은 온도에서 쉽게 열화됐다. 이 때문에 고온 공정이 필요한 산업에 활용하기는 어려웠다. 연구팀은 높은 온도에서도 견딜 수 있도록 고체 산화물로 열변색성 물질을 만들었다. 연구 결과 상온(25℃)에서 투명한 색을 띠던 이 물질은 온도가 높아질수록 노란색으로 변했다. 특히 300℃ 높은 온도에서도 물질 열화 없이 가역적으로 변화가 이루어지는 것으로 확인됐다. 더 나아가 연구팀은 제일원리(First-principles) 계산을 사용해 열변색성 물질의 전자 구조를 규명함으로써 물질이 작동하는 원리를 최초로 밝혔다. 온도가 올라가면 물질의 전자 구조에서 밴드 갭이 줄어드는데 이에 따라 색깔이 바뀐다는 게 연구팀 설명이다. 이번 연구 성과를 활용하면 열화상 카메라 없이 직접 보기만 해도 생산 장비의 온도를 알 수 있다. 물질 작동 원리를 밝힘으로써 향후 온도에 따른 색깔 변화를 더욱 정밀하게 조절할 수 있단 가능성을 열었다.

연구실 이유정 석박통합 학생이 아래와 같은 3개의 상을 최근에 수상했습니다. 연구재단 박사과정 연구장려금 (2000만원/연, 2년) 세라믹학회 삼성전기 세라미스트상 (100만원) Ruth L. Satter 장학금 (200만원) 동시에 우수한 상을 받은 이유정 학생 축하합니다.

    [연구재단 카드뉴스]   [연구재단 우수성과스토리]   [전자신문]   [아이뉴스24]   [헤럴드경제]   [뉴스1]

연구실 윤다섭 학생이 신소재공학과 2021년 신소재공학과 학술논문상을 수상하였습니다. 축하합니다.

본 연구실의 연구성과 '실리콘 소자 위 적층 가능한 무결함 산화물 반도체 소재 기술 개발'이 나노기술연구협의회의 e-Journal Club 12월 강연으로 Youtube에 소개 되었습니다. [나노기술연구협의회 Link]

본 연구실이 수행하고 있는 '주석 산화물 반도체 이종접합 기반 자가출력형 고효율 UV 이미지 소자 개발' 과제가 포스텍-삼성전자 산학협력센터 교류회 우수과제로 선정되었습니다.

차세대 투명 디스플레이가 앞당겨 실현될 가능성이 높아졌다. 국내 연구팀이 투명 산화물 반도체 내에서 전기를 흐를 수 있도록 빠르게 전자를 생성하는 간단한 공정을 찾아냈다. 포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 손준우 신소재공학과 교수와 통합과정 윤다섭 씨 연구팀이 페로브스카이트 격자구조 내에서 주석 금속을 '선택적으로 석출'하는 방법을 이용, 산소가 결핍된 페로브스카이트 주석 산화물 박막 전기전도도를 획기적으로 향상할 새로운 전략을 제시했다고 31일 밝혔다. 페로브스카이트 결정 구조 주석 산화물(BaSnO3)은 유리처럼 투명하면서 금속처럼 상온에서 높은 전기전도도와 전자이동도 때문에 차세대 투명 전자 소자나 자동차용 전력 반도체 소자로 응용할 수 있는 신소재로 여겨지고 있다. 전자 소자 응용을 위해서는 전기를 통하게 하는 과정이 필요하다. 반도체 내에서 전기를 통하게 하는 가장 손쉬운 방법은 고온에서 환원 열처리를 하는 방법이다. 하지만 이 방법은 전자 농도를 일관되게 제어하지 못해 전기전도도를 극대화하지 못했다. 연구팀은 페로브스카이트 주석 산화물 박막 환원 열처리 후 전기전도도를 극대화할 수 있도록 양이온 반응물 조성비를 인위적으로 제어했고 고온 환원 공정 후에 전자 농도를 관찰했다. 그 결과, 주석(Sn)이 과주입된 BaSnO3 박막에서 전자 농도가 높이 증가하는 것을 확인했다. 또 란타늄(La)을 추가적으로 도핑 한 박막에서는 6000Scm-1의 높은 전기전도도를 보이는 투명 산화물 반도체 특성을 달성했다. 연구팀은 선택적인 금속 석출 현상을 이용함으로써 페로브스카이트 산화물 반도체 내 투명도를 저해하지 않으면서도 전기전도도를 증가시키는 새로운 방법을 보였다. 이렇게 개발된 전자 도핑 원리는 주석 산화물 반도체 기능을 개선함으로써 차세대 투명 반도체 소자, UV 검출기 소자, 자동차용 전력 반도체 소자로 응용될 수 있다. 손준우 교수는 “이 소재 원천기술을 이용하면 차세대 투명 반도체 소자나 전력 반도체 소자의 전기전도도를 극대화할 수 있는 새로운 전략이 될 것”이라고 말했다. 과학기술정보통신부 기초연구실, 중견연구사업 및 삼성전자 DS 전략산학과제 지원으로 수행된 이번 연구성과는 최근 재료 분야 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스'에 게재됐다.

저희 연구실 윤다섭 학생이 미래소재인력 교육연구단 포스테키안 펠로우쉽 수상자로 선정되어, 1년동안 장학금을 받게 되었습니다. 축하합니다.

‘삼성미래기술육성사업’이 지원하는 국내 대학 연구팀의 차세대 반도체 소재 연구가 성과를 인정받아 국제학술지에 게재됐다. □ 반도체에서 발생하는 발열 문제 해결에 적용할 수 있는 기술 포스텍 신소재공학과 손준우 교수, 최시영 교수 연구팀은 반도체 미세화에 따라 점차 중요성이 커지고 있는 열 문제 해결을 위한 차세대 소재 기술을 개발했다. 연구팀은 2017년 7월 삼성미래기술육성사업 연구과제로 선정돼 3년간 지원을 받았다. 또, 이 연구는 한국연구재단 기초연구실의 지원도 받았다. 연구 결과는 고집적 반도체용으로 사용할 수 있는 새로운 소재를 개발한 성과로 인정받아 최근(8월 18일 영국 현지시간) 국제학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 게재됐다. – 논문 제목(영문) : Heterogeneous integration of single-crystalline rutile nanomembranes with steep phase transition on silicon substrates) – 논문 제목(한글) : 급격한 상전이 특성이 있는 단결정 루틸 구조의 실리콘 상 이종 접합) <논문 링크> 반도체 분야의 기술 혁신은 미세화를 통한 트랜지스터 회로의 집적도를 높이는 방향으로 진행돼 왔다. 반도체는 집적도가 커질수록 소비하는 전력은 줄어들고 동작 속도는 빨라지나, 반도체 소자가 동작하면서 발생하는 열에 의한 오작동 등 새로운 문제가 발생할 가능성이 커지고 있다. 문제 해결 방법은 트랜지스터의 구동 전압을 낮추고, 기존의 실리콘을 대체하는 신규 소재를 개발하거나 실리콘과 신규 소재를 접합하는 것으로, 학계와 업계는 이 문제 해결에 많은 노력을 기울여 왔다. 대표적인 신규 소재로는 특정한 전압에 다다르면 물질의 상(相∙Phase)이 절연체에서 금속으로 빠르게 바뀌는 상전이(相轉移) 산화물 반도체가 주목 받고 있다. 연구팀은 상전이 산화물 반도체의 일종인 단결정 산화바나듐(금속 바나듐과 산소가 결합해서 만들어진 화합물)이 기존 실리콘 대비 전류를 흘릴 때 필요한 전압이 낮아 발열이 덜 되는 성질에 주목해, 단결정 산화바나듐을 실리콘 웨이퍼 위에 적층할 수 있는 기술을 개발했다. 하지만 단결정 산화바나듐은 실리콘과 결정 구조가 달라 웨이퍼에 직접 적층 성장할 경우 전기적인 결함이 발생할 수 있었다. 이에 연구팀은 실리콘 웨이퍼 위에 결정 구조가 같은 산화티타늄을 우선 적층한 후, 그 위에서 산화바나듐을 단결정 상태로 성장시키는데 성공했다. 연구팀은 이번에 개발한 소재를 실제 반도체 소자 제작에 활용하기 위해 산화물 반도체와 전극 사이의 저항 감소, 소자 크기에 따른 전기적 특성 제어 등 관련 기술에 대해 연구하고 있다. 손준우 교수는 “이번 연구를 통해 차세대 소재로 주목받고 있는 단결정 상전이 산화물의 우수한 특성을 기존 실리콘 반도체 소재에 적용할 수 있게 됐다”며 “초저전력 초고밀도 메모리 등 기존 한계를 극복할 수 있는 차세대 반도체 소자 개발을 위해 노력하겠다”고 말했다. <삼성전자 뉴스룸>, <IT조선>, <한겨례>, <매일경제>, <한국경제>, <연합뉴스>, <뉴시스>, <서울경제>, <전자신문>, <디지털타임스>, <SBS Biz>

연구실 박윤규 학생이 신소재공학과 2020년 학술논문상을 수상하였습니다. 축하합니다.