[에너지단열경제]이재철 기자
그래핀 기반 단일 표준 저항 소자와 고저항 어레이 소자
한국표준과학연구원은 박재성 박사 연구팀이 차세대 양자 전기표준체계에 기여할 '그래핀 기반의 표준저항소자'를 개발했다고 8일 밝혔다.
국가저항표준체계는 국가저항표준시스템(정밀측정시스템)과 표준저항소자를 모두 갖춘 상태를 뜻한다.
그동안은 양자홀 저항 정밀측정시스템을 독자 개발하는 등 국가저항표준시스템을 확립·유지하고 있었으나, 표준저항소자는 해외 측정표준기관에서 공급 받아 우리의 기술로 완전한 국가저항표준체계를 마련하지 못했다.
현재 저항표준체계는 갈륨비소(GaAs) 반도체 기반의 양자홀 소자를 표준저항으로 사용하고 있다.
하지만 극저온(1.5켈빈 이하)과 고자기장(10테슬라 이상)의 환경에서 작동시켜야 하기 때문에 복잡하고 매우 어려웠다.
연구팀은 '꿈의 소재'로 불리는 그래핀으로 표준저항소자를 만들어 상대적으로 높은 온도(4.2켈빈 이상)와 낮은 자기장(5테슬라 이하)에서 표준저항 구현이 가능하다는 사실을 알아냈다.
이를 위해 1600도 이상이 고온에서 탄화규소 그래핀을 성장시켜 '양자홀 단일 표준저항 소자(12.9Ω)'와 10개의 소자를 직렬로 연결한 '129㏀ 그래핀 기반 양자홀 고저항 어레이 소자' 제작에 성공했다.
그동안 고품질 탄화규소 그래핀을 성장시켜 양자홀 단일소자까지 구현한 곳은 독일 연방물리기술원(PTB), 미국 국립표준기술연구소(NIST)에 이어 세계에서 세 번째다.
10개 양자홀 단일소자를 직렬로 연결한 '정밀 양자홀 고저항 어레이 소자' 구현은 세계 최초다.
전자기표준센터 연구팀. 사진 위쪽부터 김완섭 ,박재성, 채동훈 책임연구원
박재성 표준연 책임연구원은 "그래핀 기반 양자홀 표준저항을 전 세계 측정표준기관에 보급해 국제 표준화에 기여하고, 다양한 표준저항을 확보해 전기표준체계에 널리 활용할 계획"이라고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '어플라이드 피직스 레터(3월호)'에 게재됐다.
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