포스포린, <검은 인(燐)원자 한 층> 또 하나의 꿈의 신소재 가능성 열려 기초과학연구원, 포스포린의 반도체 성질 제어 및 그래핀 수준의 전도성 규명
용어 설명
1. 포스포린(Phosphorene)
○ 인(P) 원자로 된 흑린(black phosphorus)의 표면 몇 개 층을 떼어낸 2차원 물질로 머리카락 굵기의 10만분의 1 수준인 0.5㎚ 두께의 박막구조를 갖는다.
○ 탄소(C) 원자로 이뤄진 흑연의 한 층을 얇게 떼어낸 그래핀과 유사한 육각벌집 형태의 원자배열을 가지나 변형이 어려운 그래핀과 달리 한 방향으로 규칙적으로 주름이 잡혀있어 외부 압력이나 전기장에 의해 물성제어가 쉬운 것이 장점이다.
2. 밴드갭(Bandgap)
○ 물질의 고유한 물리량으로서 전자가 채워진 부분과 채워지지 않은 부분 사이에 전자가 존재할 수 없는 에너지 간극에 해당한다.
○ 전자의 이동이 전류가 되는데 이러한 전자의 이동을 가로막는 장벽의 높이에 비유할 수 있다. 밴드갭이 없다는 것, 즉 밴드갭 값이 0에 가까울수록 전류가 쉽게 흐르게 된다. 반도체 소자의 소재로 쓰이기 위해서는 일정 수준의 밴드갭이 존재해야 한다.
○ 그래핀은 이 같은 에너지 간극, 즉 밴드갭이 없어 전류는 잘 흐르지만 필요할 때 전류를 완전히 차단하기 어려워 소자로 상용화하는 데 치명적이었다.
3. 슈타르크 효과(Stark effect)
○ 주변의 이온이나 전자 등이 만드는 강한 전기장의 영향으로 물질의 전자에너지 준위가 변하는 현상. 빛을 내는 물질에 전기장을 걸면 빛의 방출 스펙트럼이 영향을 받아 여러 개로 갈라지는 현상을 예로 들 수 있다.
4. 디랙준도체 상태(Dirac semimetal state)
○ 전자가 유효질량을 갖는 통상적인 슈뢰딩거 입자와 달리, 유효질량이 없는 상대론적인 입자의 특성을 띠는 특이상태.
○ 보통의 반도체 물질에 비해 그래핀이 빠른 전하이동도를 갖는 것도 바로 이처럼 유효질량이 없는 상태처럼 행동하는 디랙준도체 상태이기 때문이다.
○ 이번 연구에서는 포스포린에서도 밴드갭이 0이 될 때 디랙준도체 상태가 되면서 그래핀과 유사하게 우수한 전도성을 갖는 것으로 나타났다.
5. 전계효과(Field Effect)
○ 외부전기장에 의해 물체의 특성이 달라지는 효과
2차원 신물질 포스퍼린 전자물성 제어 기술 개발
외부전기장에 의해 물체의 특성이 달라지는 효과는 무엇이지
전계효과