한국표준과학연구원(KRISS·원장 박현민)이 국가저항표준시스템(정밀측정시스템)과 표준저항소자를 모두 갖춘 상태인 국가저항표준체계를 확립했다고 8일 밝혔다. 이로써 양자 전류표준 분야에 응용할 수 있고 미세전류 측정 등 기기의 신뢰성 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다.
현재 저항표준체계는 갈륨비소(GaAs) 반도체 기반 양자홀 소자를 표준저항으로 사용하고 있으나 1.5캘빈(K)이하 극저온, 10테슬라(T) 이상 고자기장 동작 환경이 필요해 작동이 복잡하고 어려웠다.
하지만 그래핀으로 만든 표준저항소자의 경우 4.2K 이상 높은 온도, 5T 이하 낮은 자기장 실험환경에서 표준저항 구현이 가능하다. 차세대 양자 전기 표준체계 중 하나인 교류(AC) 양자홀 표준저항으로 응용할 수 있어 기존 표준저항소자를 그래핀으로 대체하는 연구가 진행되고 있다.
이에 따라 표준연 전자기표준센터 연구팀은 1,600도 이상 고온에서 고품질 탄화규소 그래핀을 성장하고 이에 적합한 소자 공정 기술을 개발했다. 이를 이용해 그래핀 기반 양자홀 단일 표준 저항과 10개 소자가 직렬로 연결된 ‘129킬로옴(kΩ) 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 세 번째다. 10개 양자홀 단일소자를 직렬로 연결한 ‘정밀 양자홀 고저항 어레이 소자’ 구현은 세계 최초다.
박재성 책임연구원은 “표준연에서 자체 제작한 표준저항소자를 올해부터 해외측정표준기관에 보급해 비교할 것”이라고 말했다. 연구성과는 ‘어플라이드 피직스 레터(Applied Physics Letters)’ 3월호에 실렸다. /고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com
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