초록 ▼

연구개요
1. 강상관계 대표 물질인 이산화바나듐 (VO₂)에서 금속-절연체 상전이 대한 물성 연구 및 상전이 메커니즘을 이해하고 기판과 박막 사이의 스트레인을 통해 준안정 상태인 M2 상의 VO₂ 박막을 합성하고자 함.

2. 순수하게 M2 상으로만 이루어진 VO₂ 박막 합성 기술을 확보하고 이를 이용한 VO₂에서의 금속-절연체 상전이 연구를 진행하고자 함.
- 갈륨나이트라이드(GaN) 기판을 이용하여 고품질 M2 상 VO₂

연구개요
1. 강상관계 대표 물질인 이산화바나듐 (VO₂)에서 금속-절연체 상전이 대한 물성 연구 및 상전이 메커니즘을 이해하고 기판과 박막 사이의 스트레인을 통해 준안정 상태인 M2 상의 VO₂ 박막을 합성하고자 함.

2. 순수하게 M2 상으로만 이루어진 VO₂ 박막 합성 기술을 확보하고 이를 이용한 VO₂에서의 금속-절연체 상전이 연구를 진행하고자 함.
- 갈륨나이트라이드(GaN) 기판을 이용하여 고품질 M2 상 VO₂ 나노 시스템 성장기술 확보(RF Sputtering 시스템을 이용한 박막 성장 기술 확보)
- 기판과의 격자 불일치(lattice mismatch)를 통한 VO₂ 상전이 특성 제어 및 분석(온도 변화에 의한 상전이 특성 제어, Al₂O₃을 이용하여 합성한 VO₂ 박막과의 상전이 특성 비교)
- VO₂ 박막의 물리적 특성 (상전이 온도, activation energy) 연구를 진행함으로써 금속-절연체 상전이 메커니즘 이해 및 M2 상의 origin에 관한 분석 진행

연구 목표대비 연구결과
본 연구진은 상온에서 열역학적으로 안정적인 M2상의 이산화바나듐(VO₂)를 합성함. 이는 기존에 보고된 M2상을 보는 방식과는 달리 lattice mismatch를 이용하여 내부적 스트레인 (internal strain) 및 정밀한 산소분압을 통한 M2상의 이산화바나듐을 합성한 것임. 본 연구진은 RF Sputtering 시스템 방식을 이용하여 이산화바나듐을 합성하였으며, 바나듐(Vanadium) 타겟과 함께 산소와 아르곤 가스를 흘려주는 방식으로 합성을 진행함. 이는 산소 분압을 미세조정 함으로써 넓은 합성 영역을 가지고 있는 M1상과는 달리 좁은 합성 영역을 가지고 있는 M2상을 연구하는데 중요한 역할을 함. 또한, 상온에서 열역학적으로 안정적인 M2상의 전기적 특성과 광학적 특성 등 여러 가지 특성들을 분석하여, 상전이 메커니즘을 이해하는데 있어 많은 결과들을 제시함. 온도에 따른 저항 측정을 통해, M2상의 상전이 온도는 기존에 보고된 M1상의 상전이 온도보다 높은 것을 확인함. 또한, Raman Spectrum 분석을 통해, M1상에서는 ωV-O 피크가 615 cm^-1에 나타나는 반면 M2상에서는 640-650 cm^-1로 피크가 이동하는 것을 확인했을 뿐만 아니라 ω2 피크의 위치가 이동 및 분리되는 것을 통해 상온에서 안정적인 M2상을 합성하였음을 보여줌. 또한, 비교적 lattice mismatch가 적은 사파이어 기판에서 성장한 M1상과의 비교를 통해, M1상과 M2상간의 전기적, 광학적 특성을 비교 분석함. 이 외에도, HRTEM 분석을 통해 GaN 기판위에 VO₂ 박막이 에피텍셜하게 성장하였는지도 확인함.

연구개발결과의 중요성
이산화바나듐에서 M1상은 기존에 보고된 바와 같이 넓은 합성영역을 가지고 있음.
하지만 M2상의 경우에는 M1상과 비교하였을 때, 매우 좁은 합성영역을 가지고 있어 M2상을 합성하기에 많은 어려움이 있음. 특히, 박막의 경우 상온에서 열역학적으로 안정적인 M2상에 대한 연구는 거의 진행된 바가 없으며, 이는 VO₂의 상전이 메커니즘을 연구하는데 중요한 역할을 함. 기존에 보고된 M2상은 도핑이나 열에 의한 효과를 통한 보고가 대부분임. 하지만, 본 연구는 상온에서 열역학적으로 안정적인 M2상을 합성함으로써, 순수한 M2상에 대한 연구가 가능함. 본 연구결과를 통한 M2 상의 전기적 특성 및 광학적 특성 연구는 M1상에서 나타는 특성들과 비교 분석이 가능하여 오직 M2상에서만 나타나는 새로운 특성 연구가 가능함. 이를 통해, 기술적으로는 최근 개발되고 있는 소자들의 특성을 보완해줄 수 있을 뿐만 아니라 과학적으로는 금속-절연체 상전이 메커니즘을 밝히는데 중요한 역할을 함.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 본 연구개발의 필요성 ... 4
• 나. 연구자가 수행해고자 했던 가설 및 최종목표 ... 4
• 다. 연구범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 1) 연구목표 ... 4
• 2) 연구결과 ... 5
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 가. 연구결과의 의미 ... 8
• 나. 연구결과의 중요성 ... 8
• 4. 참고문헌 ... 8
• 5. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 9