마이크로 디바이스 Report
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마이크로 디바이스 Report
저온에서 물질의 성질
- 어떤 온도하에서의 물질은 그 절대온도에 정확히 비례하는 열에너지를 갖으며 그
에너지에 해당하는 다양한 형태의 운동을 하고 있다.
저온에서는 열에너지가 최소화 됨으로 해서 물질 고유의 성질을 측정할 수 있게 되고
또한 온도의 변화를 줌으로 해서 열에너지의 영향을 관찰할 수도 있게 된다.
저온에서 그 본래의 모습과 더불어 온도를 차츰 높혀가면서 변해가는 모습을 관찰하는
것이 저온 물성 연구라고 할 수 있다.
입자물리
- 입자물리학은 물질을 이루고 있는 기본 입자들 사이의 상호작용을 이해함으로써
자연법칙의 가장 궁극적인 형태를 찾고 자연현상의 본질에 관한 근원적 질문을 추구하는
학문이다. 소립자 연구를 통해 우주의 생성과 실재, 블랙홀의 존재 등을 규명하는 것인데
대표적인 이론으로 현상론과 초끈이론이 있다. 입자물리학 현상론은 가속기 실험 등의
여러 가지 실험을 통해 나타난 현상들을 설명하고 또한 앞으로 실험을 통해 검증될 수
있는 여러 가지 이론들을 제시하는 것이다. 한 단계 더 나아가 지금까지는 양자역학적으로
다루지 못했던 중력을 함께 다루려는 시도들의 결실로 현재까지 유일하게 중력을
통합한 유일한 이론인 초끈 이론은 진정한 궁극적인 이론으로서의 매력을 지니고 있다.
고체물리학
- 물성물리학의 한 분야로 고체의 물리적인 여러 성질을 그 원자적 구조와 관련시켜서 연구하는
학문이다. 주로 금속 비금속의 홑원소물질 또는 화합물의 결정을 다루지만, 유리 등 비결정성
고체의 연구도 포함된다. 연구대상 물질로는 금속 이온결정 반도체 유전체 자성체
등이 있고 고체물리학이 이룩한 가장 큰 성과의 하나는 트랜지스터의 발명 이후 눈부시게
발전해온 각종 고체소자에 대한 연구인데, 이로써 현대과학은 일대 혁신을 맞이하게 되었다
아주 작은 규모의 물질을 제어하고 다루는 문제
- 나노는 난쟁이를 뜻하는 그리스어 나노스(nanos)에서 유래하였다. 1나노초(㎱)는 10억 분의
1초를 뜻한다. 1나노미터(㎚)는 10억 분의 1m로서 사람 머리카락 굵기의 10만 분의 1,
대략 원자 3~4개의 크기에 해당한다.
나노기술은 100만 분의 1을 뜻하는 마이크로를 넘어서는 미세한 기술로서 1981년 스위스
IBM연구소에서 원자와 원자의 결합상태를 볼 수 있는 주사형 터널링 현미경(STM)을 개발
하면서부터 본격적으로 등장하였다. 미국일본 등의 선진국에서는 1990년대부터 국가적
연구과제로 삼아 연구해 오고 있다.
지금까지 알 수 없었던 극미세 세계에 대한 탐구를 가능하게 하고, DNA구조를 이용한
동식물의 복제나 강철섬유 등 새로운 물질제조를 가능하게 한다. 전자공학 분야에서는
나노미터의 정밀도가 요망되며, 이것이 실현된다면 대규모 집적회로(LSI) 등의 제조기술은
비약적으로 향상될 것이다.
우리나라에서는 2002년 나노기술개발촉진법을 제정하여 국가적으로 나노기술의 육성 및
발전을 꾀하고 있다. 법률적으로 나노기술은 나노미터 크기의 범주에서 조작분석하고
이를 제어함으로써 새롭거나 개선된 물리적화학적생물학적 특성을 나타내는 소재
소자 또는 시스템을 만들어 내는 과학기술로 정의된다.
기록의 문제
- 현재 가장 널리 사용되고 있는 기록 매체로는 하드디스크가 있다. 하드디스크는 자성체로
코팅된 원판형 알루미늄 기판에 프로그램이나 데이터를 영구 보관하기 위한 외부 기억장치
자료를 저장할 수 있도록 만든 보조기억장치이다.
읽기의 문제
- 대표적인 것으로 전자현미경이 있는데 목적에 따라서 투과형반사형주사형 등으로 분류
된다. 음극선 오실로스코프에 전자렌즈를 첨부한 형태인데, 오늘날의 전자현미경의 원형은
1932년경 독일의 E.루스카에 의해 완성된 것이라고 할 수 있다
광학현미경의 광선 대신에 전자빔[電子線], 광학렌즈 대신에 전자렌즈를 사용하여 형광면
위에 물체의 확대상을 결상(結像)시켜 관찰하는 현미경이고 바이러스 등의 미생물까지도
선명하게 관찰할 수 있다.
공간전하한계
- 광전효과는 물질이 빛을 흡수하여 자유전자(전도전자 포함)를 생성하는 현상. 또는 이에
따라 전기전도도가 증가하여 기전력이 나타나는 효과이다. 여기서 생긴 자유전자를 광전자라
한다. 빛의 진동수가 한계진동수 이상인 경우, 따라서 파장이 한계파장 이하의 경우에
한하여 일어난다.
광 전 자
- 광전효과에 의해 생긴 자유전자. 빛에 의한 이온화 또는 외부광전효과에 의하여 원자
분자 또는 고체로부터 외부에 나온 전자, 내부광전효과[光傳導]에 의해 전기전도에 관여하게
된 전자의 총칭이다. 광전자를 이용하는 전자관에는 광음극이 사용된다.
전자빔을 이용한 나노구조 제조 기술
- 전자빔을 이용한 나노구조 제조기술은 전자빔이 에너지를 가진 입자로 이뤄져 있다는 것과
전기적 전하를 가지고 있다는 사실을 이용한 것이다. 곧, 전자빔이 물질에 조사되면 그
물질이 분해되면서 화학적으로 활성화된 물질들을 발생하게 되는데, 이 활성종들이 서로
결합하면서 원래물질과 전혀 다른 물질들을 합성하게 된다.
이 합성과정에 전자빔이 가진 음전하와 물질과의 상호작용에 의해 특정한 형태의 전기장이
발생하게 되고 이로 인해 새로운 나노구조를 가진 물질이 합성된다. 이 때 물질에 조사하는
전자빔의 양과 속도 등을 변화시키면 발생하는 나노구조의 형태를 조절할 수 있다.
이 기술은 태양전지, 나노광학소자, 센서, 바이오 및 의료분야 등 광범위한 분야에 이용된다
현재 전자빔을 효율적으로 이용하는 곳은 반도체 제조와 용접분야가 있다.
DNA Engineering
- 유전자의 일부가 잘못되었을 때 잘못된 유전자를 제거하고 정상적인 유전자로 대체하는 기술.
자르고 싶은 위치에 마이크로 피펫을 이용 제한효소를 넣어 DNA조각을 잘라낸다.
잘린 DNA는 전극을 이용하여 펴고 정상적인 DNA를 넣어 효소를 이용하여 DNA를 연결한다.
분해능이 좋은 현미경
- 분석투과전자현미경의 분해능을 저하시키는 주 원인이었던 렌즈의 구면수차 결함을
보정하는 장치(Cs coector)와 입사빔의 단일파장 장치 (monochromator), 에너지 필터링
장치의 개발과, 전하결합소자 검출기의 발전으로 분석투과전자현미경은 이제 나노 기술
연구의 필수 장비로 주목받고 있다. 멀지 않은 미래에 분석투과전자현미경을 이용하여
공간분해능 1nm 이하, 에너지 분해능 0.1eV로 재료의 화학성분을 밝힐 수 있게 될 것이다.
광연산, 광컴퓨터, 광메모리
- 광컴퓨터는 데이터를 주고 받는데 전기 대신 빛을 사용한다. 광통신은 전기통신보다
신호가 무뎌지는 현상이 적다. 그리고 광컴퓨터 기술의 핵심은 광연산소자. 1960년대
후반 미국의 벨 연구소가 미래 슈퍼 컴퓨터를 만들기 위한 기술로 처음 개발을 시작했다.
전기 대신 아주 약한 세기의 레이저를 통해 0과 1로 이루어진 디지털 신호를 처리한다.
광연산소자 수백수천만개를 모으면 광집적회로가 되어, 빛으로 움직이는 CPU나
메모리를 만들 수 있다.
현재 다양한 종류의 광연산소자가 개발되어 있으며, 빠르면 10년내 순수하게 빛으로
움직이는 슈퍼 컴퓨터도 등장할 전망이다.
광연산소자는 나노 기술을 이용한 첨단 광결정소재를 이용한다
필 터
- 특정 주파수의 신호만 추출하기 위해 쓰여지는 것이 필터다．이것에도 세라믹 필터와
크리스탈 필터가 있다．특징은 진동자의 특징과 같지만 특성이 좋은 크리스탈 필터는
상당히 고가인점이 단점이다.
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