광전류 영상측정법을 이용한 복합 산화물 기반 이차원 전자 가스 시스템의 에너지 밴드 구조 분석

Abstract

1947년 트랜지스터가 발명된 이후로 전자 공학 기술은 끊임없이 발전 해왔다. 그 이전까지 진공관이 차지하던 역할을 트랜지스터가 대체하기 시작하면서 사회 전반에 걸쳐 전자기기의 기술 수준이 상승하였고 이는 트랜지스터 제작 공정기술의 발전과 함께 하였다. 21세기인 지금 트랜지스터 공정 기술은 그 정점에 이르고 있다. 최근 삼성에서는 채널의 선폭을 18 nm 까지 줄인 D램을 양산하기 시작했으며 IBM에서는 7 nm 선폭 제작에 성공한 바 있다. 실리콘 기반의 전자 소자는 지금까지 성공적으로 발전해 왔다. 하지만 소자 제작 공정 기술의 발전은 스케일이 나노미터 급의 극한으로 가면서 점차 한계에 다다르고 있다. 소자 스케일의 축소와 이에 따른 집적도의 증가는 발열, 전력 소모의 증가, 이동도의 감소 등의 물리적 한계를 가져왔다. 이러한 물리적 한계를 극복하기 위해 기존의 실리콘 기반 반도체 소자로 부터 벗어나 다양한 물질, 미시적인 구조에서 오는 양자역학적 특성을 이용한 전자 소자 개발 연구가 세계적으로 활발히 이루어 지고 있다. 최근 차세대 반도체 소자의 원료로써 SiC, GaN 등이 주목받고 있으며 이 외에도 다양한 물질들을 소자에 적용시키는 연구가 진행되어오고 있다. Oxide heterostructure는 oxide 경계면에서 높은 자유 전자 밀도를 지니며 높은 이동도와 강자성, 초전도성 등 기존의 실리콘 기반의 반도체에서는 볼 수 없었던 흥미로운 물리적 특성들을 갖는 것으로 확인되어 오고 있다. 전자 소자로서 활용되기 위해서는 전기장을 이용한 전기적 특성의 변조 가능성이 필수적인데 최근 연구에 따르면 전기장을 이용, oxide heterostructure에서 고 밀도의 전자 가스 제어가 가능하다는 것이 증명되었다. 이러한 전계 효과 트랜지스터와 같은 전자 소자로서의 가능성이 계속해서 증명되어오고 있으며 이에 따라 센서, 메모리 등의 분야에서도 oxides hterostructure에 대한 연구가치를 높게 평가하고 있다. 본 연구는 Scanning Photocurrent Microscopy을 이용하여 oxide heterostructure의 oxide 경계면에서의 에너지 밴드 구조를 분석하였다. 전계 효과에 따른 광전류와 전극 사이 채널 저항의 변화를 토대로 헤테로 구조를 구성하는 두 oxide의 접합부에서 에너지 밴드 구조를 수치화하였다. 이러한 연구는 앞으로 oxide heterostructure를 전자 소자로서 응용하기 위한 연구에 기반이 되는 정보를 제공한다는 점에 있어서 큰 연구 가치를 갖는다.