STM을 이용한 기록매체

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2015.03.29 / 2015.03.29
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본문내용: ◎ STM을 이용한 기록매체
① 필요성
미국·유럽·일본 등지에서는 과거 수십 년간 분자 수준에서의 전자소자(molecular electronics and devices) 개발 연구가 활발히 진행되어 왔다. 이것은 기존의 실리콘을 주축으로 반도체 소자들의 고집적화가 궁극적으로는 한계에 부딪히고 이를 극복하기 위해서는 분자를 직접 설계하고 변조하여 이들 분자간의 접합소자를 제조하는 것이라고 판단한 때문이었다. 과거 20년간 Scanning Tunneling Microscope(STM)과 Atomic Force Microscope(AFM)등과 같은 Scanning Probe Microscopy(SPM)의 발달로 원자나 분자의 이동, 변조가 가능해져 1990년 미국 IBM의 Eigler에 의해 T=4K에서 STM 검침을 사용하여 27개의 Xe 원자를 움직여 세계에서 가장 작은 글자인 IBM을 써서 세상을 놀라게 하였다. 한편 수년 전부터 직경 수 nm, 길이 1micron 정도의 탄소 나노튜브에 전극을 부착시키는 방법이 개발되어 submicron 수준의 4-probe 전기전도도 연구가 범 세계적으로 대단히 활발히 진행되기 시작하였으며, 기존의 반도체 Lithography 공정 기술을 본격적으로 도입한 연구가 쏟아져 나오고 있다. 최근에는 3nm 간격의 전극 사이에 DNA와 같은 생체 고분자 단백질을 접착시켜 그 전기적 특성을 연구하였다는 보고도 있다.
응용성 연구 면에서도 네덜란드의 Delft 대학팀이 0.4micron 간격의 Source, drain 전극을 탄소 나노튜브에 접착시켜 Field Effect Transistor (FET)를 개발하였고 버팔로 소재 뉴욕주립대에서는 마치 논에 벼가 자라듯이 탄소 나노튜브들을 집단적으로 생장시키는데 성공하였으며, 더 나아가 원하는 pattern의 탄소 나노튜브를 생장시킴으로써 이들 개개의 나노튜브가 전자를 방출하는 Field Emitter 역할을 할 경우 나노미터 크기의 pick cell을 갖는 새로운 개념의 표시 소자가 개발되는 것이다. 또한 전이 원소 산화물과 희토류 화합물등과 같이 전자간의 상관관계가 큰 복합 다체계 물질은 고집적 자기기록 매체와 read/write head 개발 연구, 비선형계 광학 물질 등의 응용 가능성 때문에 미국의 Argonne National Lab., Bell Lab., IBM 연구소, 유럽의 Phillips 연구소, CNRS 연구소등에서 매우 활발히 연구하고 있다.
국내에서는 지금까지 유기물 발광소자 연구가 대학·연구소·산업계 연구원들에 의해 대단히 활발히 이루어져 왔다. ETRI와 KIST를 중심으로 정부 출연 연구소들과 KAIST, 광주과기원 및 삼성종합기술원과 LG종합기술원등의 민간 기업체 연구소들에서도 빨강, 초록, 파랑의 삼원색을 방출하는 유기 LED를 제작하여 시범 작동함을 보였고, 실제 실용화를 위해 연구에 박차를 가하고 있다. 탄소 나노튜브 연구도 많은 관심을 갖고 국내의 연구진들이 연구에 참여하고 있다. 서울대·전북대·원광대 등과 같은 대학들에서의 기초연구외에도 삼성종합기술원이 적극적으로 표시 소자로의 응용 가능성 연구에 임하고 있다. 고집적 자기기록 매체와 read/write head 개발 연구도 KIST, 삼성종합기술원 등에서 연구를 수행중이며, SPM 개발연구는 미국에서 명성을 떨치던 PSI 회사의 박상일 박사가 최근 국내에 벤처기업을 차려 그 기반을 다지고 있다.
합성금속으로 통칭되는 전도성 고분자, 유기전하 이동착물, 탄소 나노튜브, 고온초전도체등과 초거대 자기저항을 보이는 금속 산화물, 무거운 페르미온 물질등과 같이 전자간의 상관관계가 큰 복합다체계로 분류되는 신물질들은 층상구조나, 사슬구조등 1∼2차원의 저차원 결정구조를 가진 경우가 많다. 본 과제에서는 이들 저차원 물질들의 전자기 및 광학적 특성을 나노미터 크기의 초미세구조 수준에서 탐구하고 이들 물질의 새로운 응용 가능성 연구를 수행한다.
② 국내외 동향
국외 동향
미국·유럽·일본 등지에서는 과거 수십년간 분자 수준에서의 전자소자 (molecular electronics and devices) 개발 연구가 활발히 진행되어 왔다. 이것은 기존의 실리콘을 주축으로한 반도체 소자들의 고집적화가 궁극적으로는 한계에 부딪히고 이를 극복하기 위해서는 분자를 직접 설계하고 변조하여 이들 분자간의 접합소자를 제조하는 것이라고 판단한 때문이었다. 과거 20년간 Scanning Tunneling Microscope (STM)과 Atomic Force Microscope (AFM)등과 같은 Scanning Probe Microscopy (SPM)의 발달로 원자나 분자의 이동, 변조가 가능해져 1990년 미국 IBM의 Eigler에 의해 T=4K에서 STM 검침을 사용하여 27개의 Xe 원자를 움직여 세계에서 가장 작은 글자인 IBM을 써서 세상을 놀라게 하였다. 한편 수년 전부터 직경 수 nm, 길이 1micron 정도의 탄소 나노튜브에 전극을 부착시키는 방법이 개발되어 submicron 수준의 4-probe 전기전도도 연구가 범 세계적으로 대단히 활발히 진행되기 시작하였으며, 기존의 반도체 Lithography 공정 기술을 본격적으로 도입한 연구가 쏟아져 나오고 있다. 최근에는 3nm 간격의 전극 사이에 DNA와 같은 생체 고분자 단백질을 접착시켜 그 전기적 특성을 연구하였다는 보고도 있다.
응용성 연구면에서도 네덜란드의 Delft 대학팀이 0.4micron 간격의 Source, drain 전극을 탄소 나노튜브에 접착시켜 Field Effect Transistor (FET)를 개발하였고 버팔로소재 뉴욕주립대에서는 마치 논에 벼가 자라듯이 탄소 나노튜브들을 집단적으로 생장시키는데 성공하였으며, 한걸음 더 나아가 원하는 pattern의 탄소 나노튜브를 생장시킴으로써 이들 개개의 나노튜브가 전자를 방출하는 Field Emitter 역할을 할 경우 나노미터 크기의 pick cell을 갖는 새로운 개념의 표시 소자가 개발되는 것이다. 또한 전이 원소 산화물과 희토류 화합물등과 같이 전자간의 상관관계가 큰 복합 다체계 물질은 고집적 자기기록 매체와 read/write head 개발 연구, 비선형계 광학 물질 등의 응용 가능성 때문에 미국의 Argonne National Lab., Bell Lab., IBM 연구소, 유럽의 Phillips 연구소, CNRS 연구소등에서 매우 활발히 연구하고 있다.
국내동향

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