LaAlO3/SrxCa1-xTiO3(0≤x≤1) 이종접합 계면에서의 2DEG 연구

Abstract

Silicon 기반의 트랜지스터의 경우 고집적 및 고속처리의 실현을 위해 gate length의 downsize 및 gate oxide의 두께의 초박화가 요구되나 Si-Si atom 거리인 3Å까지의 downsize 한계에 도달하게 된다. 이로 인해 Silicon base의 MOSFET을 뛰어넘는 대체 재료에 대한 연구가 지속되고 있으며 그 중 대표적인 것이 산화물, 카본 및 스핀 기반 반도체 이며 이중 가장 각광받고 있는 것이 바로 산화물 반도체이다[1]. Insulating 재료로 구성된 산화물 반도체는 부도체 또는 반도체 특성을 보이는 것이 일반적이다. 그러나 2004년 Ohtomo와 Hwang은 LaAlO3-SrTiO3 이종접합 계면에서의 전기전도 현상을 보고하였고[2] 이처럼 1 nm의 산화물 이종접합 계면에 국한하여 발생하는 전기전도 현상을 2DEG라고 정의한다. Ohtomo 등은 산화물 계면에서의 전기전도도 현상에 대해서 polar catastrophe 이론을 들어 설명하였으나[3] 최근 이러한 산화물 이종접합 계면의 전기적 특성에 영향을 주는 요인으로 산소 결함, 계면에서의 La 원소 intermixing, 그리고 격자변형에 의한 strain field 등이 언급되고 있으며 그 원인 규명에 대해 이론적, 실험적 논쟁이 뜨겁다. 본 연구에서는 SrTiO3 기판위에 에피 성장하는 (SrxCa1-x)TiO3 박막의 Sr의 조성 변화(0≤x≤1)에 따라 LaAlO3/SrxCa1-xTiO3 계면에서의 전기전도도가 106배 이상 변화하는 것을 관찰하였다. 그 원인을 규명하기 위해 Sr 조성 변화에 따른 박막의 strain 변화를 연구하였으며 그 방법으로 GPA(Geometric Phase Analysis) 기법[4]을 활용하였다.