* 투과전자현미경(TEM, transmission electron microscope): 고전압의 전자빔(beam)을 쏘아 얇은 물질을 투과하
게 함으로써 수십만 배 이상 확대해 관찰할 수 있는 현미경
□ 이산화바나듐(VO2)의 ‘절연체-금속 상전이’* 현상은 상온에 가까운 온도(섭
씨 68도)에서 수십 펨토 초(10-15초)의 속도로 매우 빠르게 일어나기 때문
에 차세대 스위칭 소자(예: 열 센서, 광센서, 가스센서, 열화상 카메라, 트랜
지스터, 비휘발성 메모리)의 핵심소재로 주목을 받고 있다.
* 금속-절연체 상전이 : ‘상전이’ 현상은 물질의 원자 또는 분자구조, 조성 상태가 바뀌는 것(ex. 고체↔액체↔기
체)을 의미하는데, 전기가 통하는 금속 상태에서 온도 변화 등에 의해 전기가 통하지 않는 절연체로 변화되는
경우 ‘금속-절연체 상전이(Metal-Insulator phase Transition)’라고 함.
∘ 기존의 연구에서는 결정질 이산화바나듐 박막을 만들기 위해 주로 물리적인
증착법(예: 물리기상증착*, 스퍼터링** 등)을 이용하였다. 이러한 기법은 섭씨
500도 이상의 고온에서만 제작이 가능하여 고온에 취약한 플라스틱 기판에
적용할 수 없었다.
* 물리기상증착(Physical vapor deposition): 진공 상태에서 물리적 방법으로 피 가공물의 표면에 코팅된 재료를 증
착하는 공정으로, 금속 막, 합금 막뿐만 아니라 증착 화합물, 세라믹, 반도체, 고분자 막 등을 증착하는 데 사용
** 스퍼터링(Sputtering): 집적회로 생산라인 공정에서 쓰이는 진공 증착법의 일종으로 산업계에서 많이 쓰이고 있는
공정법이며, 비교적 낮은 진공도에서 플라즈마를 이온화된 아르곤 등의 가스를 가속하여 타겟에 충돌시키고, 원
자를 분출시켜 웨이퍼나 유리 같은 기판상에 막을 만드는 방법
□ 본 연구에서는 졸-젤 용액공정을 기반으로 한 심자외선 광연소 공정법을 통해
폴리이미드 기판 위에서 결정질 이산화바나듐 박막을 형성하기 위한 임계 온도
를 섭씨 500도에서 250도로 낮추는데 성공했다. 이 새로운 개념의 광연소 공
정법은 연소용 산화제 역할을 할 수 있는 질산암모늄*을 적절한 비율로 이산화
바나듐 전구체에 첨가하고, 심자외선(DUV)을 조사하는 것으로 구성된다. 이를
통해 유기계 불순물 제거와 금속-산소 간의 결합**을 효과적으로 유도하는 라
디칼***을 발생시킴으로써 결정화 온도를 획기적으로 낮출 수 있었다.
* 질산암모늄 (AN, ammonium nitrate): NH4NO3의 화학식을 가지는 암모니아의 질산염으로서, 대기압, 실온에
서 백색 결정상의 고체. 이는 농업에서 흔히 쓰이는 고질소 비료이며, 또한 로켓 연료 및 폭발물(IED,
Improvised explosive device)에서 산화제로 쓰임. 녹는점은 169.6 °C이고, 약 210 °C에서 분해되기 시작함
** 중축합 (Polycondensation): 저 분자량 부산물(예: 물, 알코올, 유기물 불순물 등) 제거를 통해 이중 또는 다중
기능의 화합물로부터 중합체를 생산하는 과정
*** 라디칼 (radical): 원자와 분자의 내부 전자가 다른 전자나 이온에 의하여 충돌되거나 혹은 촉매 등의 작용으로 여
기되어 다른 물질과 반응하기 쉬운 상태를 나타내는 화학 용어
∘ 더 나아가 유연한 플라스틱 기판 위에 수 평방 센티미터에 이르는 대면적의
이산화바나듐 소자 배열을 만들어 수십 차례 이상 높은 곡률로 구부린 후,
온도에 따른 전기적 저항 변화 특성을 분석했다. 소자 배열의 모든 부분에서
균일하고 신뢰성 있는 상전이 특성을 나타내고 있음을 확인했다.