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Kafe 바로가기주관연구기관 | 건국대학교 KonKuk University |
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연구책임자 | 박배호 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2022-11 |
과제시작연도 | 2022 |
주관부처 | 과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 | TRKO202300007780 |
과제고유번호 | 1711161721 |
사업명 | 개인기초연구(과기정통부) |
DB 구축일자 | 2023-09-20 |
키워드 | 전하수송.단일 원자층 2차원 물질.기능성 물질.접합구조.생체 모방.Charge transport.Atomic layered 2D material.Functional material.Heterostructure.Biomimetic. |
□ 연구개요
산화물 나노구조와 단일 원자층 2차원 소재인 그래핀 및 MoS2, h-BN의 내부 및 표면에 위치 및 결정축 방향에 따라서 선택적으로 이온의 종류 및 분포를 원자단위로 조작함으로써 밴드구조, 기능성, 전하수송 특성을 정교하게 제어하고자 한다. 선택적 조작된 산화물 나노소재와 단일 원자층 2차원 소재 이종 접합구조를 제작하고, 산화물의 선택적 기능성에 기반한 원자단위 2차원 소재의 밴드구조 제어 및 산화물의 국소적/불연속적 에너지 준위와 단일 원자층 2차원 소재의 양자수송 특성을 결합한 신개념 양
□ 연구개요
산화물 나노구조와 단일 원자층 2차원 소재인 그래핀 및 MoS2, h-BN의 내부 및 표면에 위치 및 결정축 방향에 따라서 선택적으로 이온의 종류 및 분포를 원자단위로 조작함으로써 밴드구조, 기능성, 전하수송 특성을 정교하게 제어하고자 한다. 선택적 조작된 산화물 나노소재와 단일 원자층 2차원 소재 이종 접합구조를 제작하고, 산화물의 선택적 기능성에 기반한 원자단위 2차원 소재의 밴드구조 제어 및 산화물의 국소적/불연속적 에너지 준위와 단일 원자층 2차원 소재의 양자수송 특성을 결합한 신개념 양자소자 개발을 통하여 차원 융합 소자의 새로운 아키텍처를 제시하고자 한다.
□ 연구 목표대비 연구결과
1. 단일 원자층 2차원 소재의 결정축 방향 확인과 원자단위 선택적 제어 기술 연구
- AFM을 이용하여 그래핀의 잔주름이 마찰력 및 두께에 미치는 영향을 확인하고 이를 기반한 그래핀의 정교한 두께 측정 방법 개발
- AFM lithography를 통해 그래핀의 선택적 나노 사이즈 작용기를 제어하여 결합상태 확인 및 그에 따른 전하 수송 특성 결과 연구
- AFM lithography 방법으로 in-plane 그래핀/그래핀 산화물/그래핀 구조를 제작하고 tunneling 효과 연구
- Al 금속으로 encapsulation을 통한 흑린의 산화 방지와 산화 흑린의 환원 방법 제시 및 전하 수송 특성 연구
2. 단일 원자층 2차원 소재에서 선택적 이온조작을 통한 전하수송 제어 연구
- 2차원 기능성 물질 CrPS4 기반 저항변화 메모리 소자 제작과 금속 필라멘트 형성 및 붕괴의 직접 관찰을 통해 소자 메커니즘 연구
- 절연 특성의 MnPSe3 층상 구조 물질을 터널링 장벽으로 이용한 터널링 소자 제작 및 특성 연구
- 이온겔을 게이트 절연체로 이용한 그래핀/유기물 배리스터 접합 투명·유연 소자 제작
- CrPS4 기반 활성화 금속에 의해 전하 수송 특성이 제어된 고성능 저항 변화 메모리 특성 및 멤리스터 메모리 특성 구현
3. 단일 원자층 2차원 소재 원자단위 조작과 결정축 방향 제어를 통한 소자 제작
- 단일 원자층 2차원 소재인 MoS2와 WS2의 회전 각도에 따른 마찰 domain의 물리적 특성 연구
- 그래핀/TMDs 접합 기반 소자에서 향상된 광학 특성의 광전소자 제작
- 단일 원자층 2차원 물질 기반 기억/학습 기능이 가능한 뇌 신경 모방 메모리 소자 구현 및 초저전력 신뢰성 연구
4. 산화물 나노 구조 제작 및 원자단위 조작을 통한 특성 확인
- VLS 방법을 이용한 코어-쉘 나노선 제작 및 ZnO 나노선/그래핀 이종 접합구조의 전하수송 특성 연구
- AAO 틀을 이용하여 제작된 BiFeO3 나노점 기반 적층구조 소자에서의 전하수송 특성 연구
- 산소이동 제어를 통한 self-assembly 2차원 산화물 박막 제작 및 저차원 ReRAM 소자 응용
5. 기능성 산화물 나노소재에서 원자단위 조작에 의한 기능성/전하수송 제어 연구
- Ag/PZT/LSMO 구조에서 초박막 강유전체 분극에 의존하는 양이온 거동 기반 학습능력제어 신개념 뇌신경 모방 메모리 소자 연구
- 강유전체 분극과 상부 전극간의 상호작용을 이용하여 조작된 이온 이동 기반 단일 소자에서의 뉴런, 시냅스 동시 구현 연구
- BiFeO3 커패시터 구조에서 서로 다른 Bi-excess 함량으로 인한 고유결함으로 매개된 전하수송특성과 저항변화스위칭 특성 변화 관찰 연구
6. 산화물 나노소재와 단일 원자층 2차원 소재 접합구조에서 이온 조작을 통한 전하수송 제어 연구
- 강유전체 BiFeO3 나노점과 그래핀 접합 효과에 의한 그래핀의 전자기적 특성 연구
- 다강체 BiFeO3 planar 소자에서 산소정공 제어 기반 domain 스위칭 변화와 저항변화 스위칭 현상 관찰
- 강유전체 분극을 이용해 제어된 charge trap/detrap 기반 뇌 모방 소자의 초고속 및 고선형성 단일 시냅스 소자 개발
□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
정밀하게 제어된 기능성 산화물 나노 소재를 단일 원자층 2차원 소재와 접합한 구조를 제작한다면 디락콘 형태를 가지는 밴드구조를 선택적으로 제어하는 새로운 패러다임을 형성할 수 있을 것이며, 산화물 나노 소재의 국소적 기능성과 단일 원자층 2차원 소재의 양자 수송 특성을 융합한 새로운 양자소자의 구현이 가능할 것으로 기대된다. 이와 같이 저차원 나노 소재에 관한 명확한 이해 및 정교한 특성 제어는 초고속 비휘발성 메모리 소자 및 투명/유연 로직 소자와 같은 미래 전자 소자 개발에 있어서 핵심기술 확보에 기여하게 되어 전통적 실리콘 기반의 반도체 산업을 대체하는 포터블 시장을 개척하게 될 것이다.
(출처 : 연구결과 요약문 2p)
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