초록 ▼

□ 연구개요
이 연구과제의 목표는 비정질(amorphus) 물질들이 가질 수 있는 최적화된 구조와 여러 가지 물성을 제일 원리 계산 방법을 통해 연구하여 물질에 대한 근본적인 원리를 이해하고 응용 가능성을 제시하는 것이다. 비정질 물질은 현재 여러 응용분야에 활용되고 있는데, 대표적으로 메모리 소자분야에서 결정(crystalline) 구조와 비정질(amorphous) 구조 사이에 일어나는 상변화를 이용하는 상변화 메모리에 사용되는 Ge-Te-Sb 기반의 상변화 물질이 많은 활용이 이루어질 것으로 기대된다. 또한, 리튬배터리에

□ 연구개요
이 연구과제의 목표는 비정질(amorphus) 물질들이 가질 수 있는 최적화된 구조와 여러 가지 물성을 제일 원리 계산 방법을 통해 연구하여 물질에 대한 근본적인 원리를 이해하고 응용 가능성을 제시하는 것이다. 비정질 물질은 현재 여러 응용분야에 활용되고 있는데, 대표적으로 메모리 소자분야에서 결정(crystalline) 구조와 비정질(amorphous) 구조 사이에 일어나는 상변화를 이용하는 상변화 메모리에 사용되는 Ge-Te-Sb 기반의 상변화 물질이 많은 활용이 이루어질 것으로 기대된다. 또한, 리튬배터리에 새로운 전극으로 사용될 것으로 기대되는 비정질 실리콘, 그리고 반도체 분야에서 새롭게 요구되는 강유전체와 차세대 디스플레이 장치를 위한 새로운 박막 트랜지스터로 활용되는 것으로 기대되는 비정질 산화물 반도체 물질 등 많은 물질들이 여러 응용분야에 활용되고 있거나 활용될 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 전산모사 방법을 이용하여 이들 비정질 물질들의 기하학적인 구조를 이론적으로 밝혀내고 이를 토대로 비정질 구조의 여러 가지 물성을 연구할 것이다. 이를 통해 비정질 구조 물질을 이용하는 기존 응용 분야에 본질적인 이해를 제공 할 수 있고, 더 나아가 새로운 응용분야를 제시할 수 있을 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
다양한 물질들이 가지는 비정질 구조의 여러 가지 물리적 특성을 이해하기 위해서 그 물질의 결정 구조로부터 비정질 구조를 만들어내고 실제 실험적인 비정질 구조와 비교하는 것이 필요하다. 연구과제를 수행하는 전체 기간동안 이러한 비정질 구조를 만들고 구조적 특징을 파악할 수 있는 여러 가지 방법론들을 구축 및 평가하였다. 첫째로, 상변화 물질을 molecular dynamics를 이용하여 고온에서 저밀도로 pre-melting한 후 저온으로 급속 냉각하여 결정을 비정질화하는 과정을 simulation하는 방법을 정립하였고, equilibration된 구조들의 ensemble average를 바탕으로 수많은 최적화 구조들을 가지는 비정질 물질의 특징적인 물성을 연구 할 수 있는 기반을 마련하였다. 비정질 상의 안정된 구조의 구조적인 특성을 파악하기 위하여 중심 원자 근처의 평균적인 결합 특성을 확인할 수 있는 radial distribution functions(RDFs), 평균적인 결합 각을 파악할 수 있는 angle distribution functions(ADFs) 등의 방법을 사용하였다. 또한 ADFs 결과로부터 국소적인 원자수준의 구조를 파악할 수 있는 order parameters(OPs) 분석을 통하여 비정질 물질의 구조적 특성들을 밝혀내었고, 나아가 이러한 분석 방법을 제시하고 정립함으로써 비정질 물질의 분석에 대한 일반적인 틀을 제공하였다. 이러한 계산 방법론을 토대로 GST물질의 상변화에 대한 연구와 비정질 실리콘을 포함하는 탄소나노구조체의 구조적, 전기적 특성과 함께 리튬의 흡착 특성과 저장 용량 및 부피 팽창에 대한 연구를 수행하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
제일원리 계산 방법론을 이용하여 비정질 물질들의 기하학적인 구조를 이론적으로 밝혀내고 이를 토대로 비정질 구조의 전자구조, 열적 특성 등 다양한 물성을 알 수 있다. 결정구조를 가지는 물질들은 하나의 평형구조를 가지지만, 결정구조와는 달리 비정질구조의 경우에는 서로 다른 수많은 평형구조를 가지는 것이 가능하다. 따라서 이 연구를 통해 비정질 구조의 수 많은 평형구조를 찾아내고 각각의 평형구조에서 다양한 물성에 대한 연구를 수행하고, 그 물성들의 앙상블 평균을 구함으로 실제 비정질 구조 물질의 물성이 예측이 가능하다. 비정질 물질의 물성 분석이 효과적으로 이뤄지고 물질 자체에 대한 이해가 더욱 깊어져서 여러 분야에서 차세대 소자로 각광받는 재료에 대한 평가뿐만 아니라 가능성 및 예측평가, 실제 소자 제작에 큰 도움을 줄 수 있다. 특히 본 연구에서는 Ge-Sb-Te(GST) 계열, Li-Si 또는 Li-Sn 계열, 그리고 여러 가지 산화물 반도체 등에 대한 최적화된 구조들과 기계적, 전기·전자적, 열적 및 광학적 특성을 연구함으로써 실제 응용 가능한 소자 제작 및 발전에 큰 도움을 줄 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 개요 ... 4
• 나. 연구의 필요성 및 연구 목표 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 29
• 끝페이지 ... 39