초록 ▼

○ 연구개요
최근 주목 받고 있는 분자고체(유기분자 및 유무기 혼성 perovskite 등 포함)는 강한 전자-포논 상호작용으로 인하여 기존의 무기물과는 상이한 전하거동을 보인다. 이는, 전하전도로부터 기인한 분자고체의 원자구조 변화(폴라론 상태)와 이에 상응하는 전자구조의 변화로 관찰될 것으로 예상되어, 전도레벨 변화, 강유전성 등 분자고체의 특이성을 설명할 열쇠를 쥐고 있다. 이러한 상호작용을 직접적으로 측정하기 위해 in operando** 분석 시스템을 설계/제작하고, 전기장/전하전도에 의한 전자구조 변화를 광전자분광/

○ 연구개요
최근 주목 받고 있는 분자고체(유기분자 및 유무기 혼성 perovskite 등 포함)는 강한 전자-포논 상호작용으로 인하여 기존의 무기물과는 상이한 전하거동을 보인다. 이는, 전하전도로부터 기인한 분자고체의 원자구조 변화(폴라론 상태)와 이에 상응하는 전자구조의 변화로 관찰될 것으로 예상되어, 전도레벨 변화, 강유전성 등 분자고체의 특이성을 설명할 열쇠를 쥐고 있다. 이러한 상호작용을 직접적으로 측정하기 위해 in operando** 분석 시스템을 설계/제작하고, 전기장/전하전도에 의한 전자구조 변화를 광전자분광/역광전자분광으로 연구한다. 이를 통해 분자고체의 전자-포논 상호작용 및 전하수송 원리를 이해한다.
1차년도에는 진공 중에서 분자고체에 전기장 및 전류를 인가하여 광전자/역광전자분광 측정할 수 있는 in operando 분석 시스템 설계, 제작, 설치하고, 분석법을 개발한다. 2차년도에는 in operando 분석법 정립 및 분자고체의 전자구조 변화 분석을 목표로 한다. 대표적인 분자고체를 이용한 in operando 분석법 정립 및 기반정보를 축적한다. 마지막으로 3차년도에는 전기장/전류 인가로 발생하는 전자-포논 상호작용에 의한 분자고체-외부계 사이의 상호작용 세기 변화를 탐구하며 전기장에 의한 도핑 및 이온 확산에 따른 전자구조 변화를 이해한다.
**in operando: 기존의 in situ 분석의 다음 단계 분석 기술로, 반응이 일어나는 동안 실시간 분석을 진행하는 것을 의미함. (일반적으로 화학반응이 일어나는 동안의 측정을 의미하나, 본 과제에서는 전기장/전하전도에 따른 변화를 측정하는 것을 의미함.)

○ 연구 목표대비 연구결과
본 연구팀은 1차년도 목표였던 in operando 시스템 설계/제작을 통해 전기장 및 전류 인가 전/후 in situ 분석 시스템을 구축하였다. 분자고체에 전기적인 상호작용을 유도하기 위해서는 전극과 샘플이 안정적인 접촉 표면을 형성해야 한다. 이는 전극 및 샘플 마운트 홀더에 유동성을 확보한 후 저항 측정을 통해 접촉 조건을 파악하였다. 시료 자체도 진공내에서 직접 고체 박막 형태로 제작할 수 있는 환경을 만들어 고유의 물성 변화 없이 전기적 스트레스 인가 및 광전자/역광전자분광 측정이 연속적으로 진행될 수 있게 설계하였다. 또한 전극에 원하는 금속을 열증착하여 일함수를 조절 가능하도록 하였다. 이후 차년도까지 perovskite, 이차원 물질 등 다양한 물질군에 대한 전자구조 분석을 통해 기반정보를 축적하였다. In operando 분석은 그동안 간접적인 실험을 통한 가설로 제시되었던 전기장 및 전하전도에 따른 물리/화학적 특성 변화를 직접적으로 측정 가능하다. 이에 3차년도에는 소자 구조를 모사한 다층 박막을 제작하여 소자 구동 전/후 전자구조 분석을 진행하였다. 현재 상용되는 소자는 구동 시 분자고체-도판트 상호작용 변화로 복잡한 물성 변화가 발생하므로 새로운 관점에서의 분석 시스템 개발이 필요하였다. 본 연구는 이와 관련하여 에너지적 관점에서의 분석을 통해 근본적인 전자소자 열화 매커니즘을 규명하였다. 이는 학계, 산업계에서 연구/개발 진행 중인 전자소자 수명 원인 이해 및 신재료 개발 등에 핵심적인 지표를 제공할 것으로 기대된다.

○ 연구개발결과의 중요성
전자소자의 전하전도 매커니즘 및 전기적 특성은 분자고체의 전도레벨에 의해 직접적으로 결정된다. 본 연구는 전기장/전류 인가로 발생하는 전자-포논 상호작용에 의한 물질의 전자구조 변화 연구를 통해 소자 열화에 따른 에너지 준위 변화를 직접 측정하였다. 이를 통해 그동안 간접적인 측정을 통해 이해해왔던 폴라론 형성에 의한 분자 시스템 변화 및 소자의 열화 매커니즘을 근본적으로 연구/규명하여 전자소자 수명 문제 등 관련 산업의 당면 문제 해결에 공헌할 수 있다는 점에서 그 기술적 효용가치가 매우 높다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 가. 연구개발의 개요 ... 5
• 나. 연차별 연구개발의 목표 및 내용 ... 5
• 다. 연구개발의 필요성 ... 7
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 9
• 가. 연도별 개발 목표 및 결과 ... 9
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 가. 연구결과의 의미 및 중요성 ... 16
• 나. 연구결과의 파급효과 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 17
• 대표적 연구실적 ... 25
• 끝페이지 ... 40