- 투과전자현미경을 이용한 단일 나노선 특성 변화 실시간 측정기술 개발

국내 연구진이 나노선(nano wire)의 특성 변화를 가장 정확히 측정, 평가할 수 있는 기술을 개발했다. 한국표준과학연구원 첨단측정장비센터의 김영헌 박사팀은 투과전자현미경을 이용해 나노선의 특성 변화를 측정하는 기술을 개발하고, 이를 활용해 3성분계 화합물 반도체인 InAsP¹⁾ 나노선의 기전특성(기계적/전기적 특성)을 실시간으로 측정하는데 성공했다.

1) InAsP (Indium Arsenide Phosphide): 비소(As)와 인(P)의 상대적인 양을 변화시킴으로써 물리적 특성 제어가 가능한 나노입자로서 다양한 전자 소자 및 광학적 소자에 응용
 
나노선은 지름이 나노미터(1 nm=10억 분의 1 m) 수준의 가느다란 선으로 반도체, 트랜지스터, LED 등 다양한 전자기기에 활용 가능해 많은 관심을 받고 있다. 활용가능성이 증가함에 따라 나노선이 외부로부터 힘을 받았을 때 어떤 특성 변화가 생기는지 측정하고 분석하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.

하지만 기존의 측정 기술로는 나노미터 수준의 물질에 매우 작은 힘을 정확하게 가하고 전기적 특성 변화를 측정한다는 것은 어려울 뿐만 아니라 정확성이 크게 떨어진다는 한계가 있었다.

이에 KRISS 연구팀은 원자 크기 수준의 분해능을 가지는 투과전자현미경²⁾과 이온빔 및 전자빔 기술을 활용하여 단일 나노선의 구조적 변화를 확인하는 동시에 기계적, 전기적 특성 변화를 측정,평가할 수 있는 기술을 개발하였다.

2) 투과전자현미경(TEM): 높은 에너지로 가속된 전자를 시료에 입사시켜 투과된 전자를 결상하여 수십만배 이상 확대하여 관찰할 수 있는 현미경

연구팀은 개발된 측정시스템을 이용해 화합물 반도체인 InAsP 단일 나노선의 변형량이 증가할수록 저항이 비선형적으로 감소하는 피에조 저항 효과³⁾가 나타나는 것을 확인했다. 또한 외부 힘에 의한 전기적 특성의 변화가 매우 신속하게 나타난다는 것을 증명했다. 

3) 피에조 저항 효과(Piezo resistance effect): 결정질 물질에 외부에서 힘을 가했을 때 내부에서 나타나는 저항 변화 효과

첨단측정장비센터의 김영헌 박사는 “단일 나노물질 측정 기술의 확보는 새롭게 개발되는 나노물질의 물성을 정확하게 정의하는 것을 가능하게 함으로써 향후 개발될 나노물질 신뢰성을 확보하고 산업적 활용을 가속화 시킬 수 있는 촉매제가 될 것”이라고 말했다. 이어 “단일 나노물질의 성질을 먼저 정확하게 이해해야 나노물질로 구성된 소자나 복합 소재의 정확한 이해와 분석이 가능하다. 산업체는 나노 물질 특성 평가의 신뢰성이 확보되어 물질을 정확하게 이해할 수 있어야 나노 물질을 활용하려고 할 것”이라고 덧붙였다.