| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-02-02 |
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 미국 연구진은 매우 얇은 금속 박막의 저항과 표면 거칠기의 연관성을 정량적으로 측정하는데 최초로 성공했다. 표면 거칠기와 전자-포논 상호작용은 나노크기의 금속 박막의 전기 전달 특성에 영향을 끼친다. 이것에 대한 지식은 근본적인 및 기술적인 관점에서 중요하다. 저널 Nanotechnology에 게재된 최근 연구에서, 이번 연구진은 매우 얇고 에피택셜한 구리 박막의 저항과 표면 거칠기의 연관성을 측정하는 실험을 수행했다. 렌셀러 폴리테크닉 연구소(Rensselaer Polytechnic Institute)의 연구진은 볼츠만 전달 메커니즘을 기반으로 하는 고전적인 현상학적 모델이 이런 박막 속의 두께 의존성 저항을 설명하는데 적절하지 않는다는 것을 증명했다. 이것은 준-고전적인 모델 속의 적절한 매개변수 없이 20nm 이하의 두께를 가진 매우 얇은 박막의 저항을 최초로 정량적으로 표시했다. 이 측정들은 전기 저항에 대한 다양한 산란 메커니즘의 영향을 이해하도록 극저온에서 수행되었다. Chatterjee와 Meyerovish에 의해서 개발된 준-고전적인 모델을 사용해서, 그들은 박막 의존성 저항이 표면 거칠기 매개변수에 의해서 정량적으로 설명될 수 있다는 것을 증명했다. 예를 들어, 측면 상관 길이와 거칠기 진폭 등을 정량적으로 표시할 수 있었다. 표면 산란은 초박막 속의 저항에 지배적인 기여자로서의 역할을 한다. 이것에도 불구하고, 저항에 대한 전자-포논 기여는 박막 두께의 감소로 증가한다. 추가적으로, 전자-포논 산란의 온도 의존성이 존재한다. 이것은 Bloch-Grüneisen 식을 사용하는 블로흐-볼츠만(Bloch-Boltzmann) 방정식으로 설명될 수 있다. 이번 연구진은 준-고전적인 모델의 예측이 측정된 저항과 긴밀한 일치를 가진다는 것을 발견했다. 이것은 초박막의 측정 저항의 정량화에 중요한 영향을 끼칠 수 있다. 또한 이것은 마이크로전자장치 산업에 영향을 끼칠 수 있다. 20nm 이하의 크기를 가진 금속 박막 및 선의 저항을 제어하기 위해서 표면 거칠기를 제어할 수 있는 기본 메커니즘을 재검토해야 한다. 나노크기 금속 박막의 표면 거칠기와 전자-포논 상호작용의 영향에 대한 지식은 기술적인 측면에서 매우 중요하다. 이번 연구진은 4nm~500nm 범위의 두께를 가진 온도 의존성 전기 저항을 측정함으로써 나노크기 구리 박막의 온도 의존성 전자 전달 특성들을 조사했다. 이번 연구진은 전자-포논 결합 상수의 증가와 박막 두께의 감소가 저항의 온도 의존성을 증가시킨다는 것을 증명했다. 이번 연구진은 박막 및 금속 인터커넥터 기술에 연구 초점을 맞추고 있다. 이 연구결과는 저널 Nanotechnology에 “Effects of nanoscale surface roughness on the resistivity of ultrathin epitaxial copper films”라는 제목으로 게재되었다(doi:10.1088/0957-4484/26/7/075704). 그림. 매우 얇은 구리 박막 속의 저항의 정량화. | |
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