[테크월드=배유미 기자] 한국표준과학연구원(KRISS)이 차세대 양자 전기 표준체계에 기여할 새로운 표준저항소자 개발에 성공했다. 해당 소자는 향후 세계 각국에 보급될 전망이다.
현재 저항표준체계는 GaAs(갈륨비소) 반도체 기반의 양자홀 소자가 표준저항으로 사용되고 있다. 하지만 극저온과 고자기장 환경에서 작동이 되기 때문에 한계가 있었다. 이를 해결하기 위해 KRISS는 ‘꿈의 소재’라고 불리는 그래핀을 주목했다.
그래핀으로 만들어진 표준저항소자는 독특한 물리적 성질로 인해 기존 소자에 비해 상대적으로 높은 온도와 낮은 자기장의 효율적인 실험환경에서 표준저항 구현이 가능하다. 또한, 교류(AC) 양자홀 표준저항으로 운영할 수 있어 PTB, NIST 등에서 해당 연구를 진행하고 있다.
KRISS 전자기표준센터 연구팀은 1600 ℃ 이상의 고온에서 고품질 탄화규소 그래핀을 성장하고, 이에 적합한 소자 공정 기술을 개발했다. 이를 이용해 그래핀 기반 양자홀 단일 표준 저항(12.9 kΩ)과 10개의 소자가 직렬로 연결된 ‘129 kΩ의 그래핀 기반 양자홀 고저항 어레이(array) 소자’ 제작에 성공했다. 기존 표준저항소자를 해외측정표준기관에서 수급받고 있던 KRISS는 이번 성과를 통해 완전한 국가저항표준체계를 확립할 수 있게 됐다.
박재성 책임연구원은 “KRISS에서 자체 제작한 표준저항소자를 올해부터 해외측정표준기관에 보급해 국제비교할 예정”이라며, ”이번 성과는 양자 전류표준 분야로 응용이 가능해, 미세전류 측정과 발생기술이 사용되는 기기의 신뢰성 향상 등에 크게 기여할 것“이라고 밝혔다.
한편, KRISS 주요사업과 한국연구재단의 지원을 받은 이번 연구결과는 응용물리분야 국제학술지 어플라이드 피직스 레터(Applied Physics Letters, IF: 3.521) 3월호에 게재됐다.
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