Electrical Noises in Nano-Structures and Their Correlations with Other Physical Properties Investigated via Noise Microscopy

Abstract

전기적 잡음이란 전자 재료 또는 장치에서 발생하는 전기 신호의 무작위한 변동을 일컫는다. 원하지 않는 전기적 잡음의 발생은 신뢰할 수 있는 나노 크기 전자 장치의 개발을 위하여 필히 해결해야 하는 문제이다. 또한, 전기적 잡음의 측정 및 분석은 측정된 시스템에 대하여 다른 방법으로는 얻지 못하는 중요한 정보를 제공할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 따라서 전기적 잡음에 대한 연구는 나노 전자 시스템에 대한 근본적인 이해를 위하여 꼭 필요하다. 본 연구에서는 전도성 원자간력 현미경에 기반한 주사 잡음 현미경법의 다양한 변형을 통하여 조사한 다양한 나노 구조에서 발생하는 전기적 잡음 현상에 대하여 논의 할 것이다. 먼저, 국소적 전기적 잡음원들이 페로브스카이트 물질 기반 태양 전지의 성능에 미치는 영향에 대하여 논의 할 것이다. 이를 위하여, 태양 전지 박막에 분포하는 전기적 잡음원들의 밀도를 정량적으로 이미징하기 위하여 광전도 주사 잡음 현미경법을 개발하였다. 흥미롭게도, 잡음원의 밀도는 태양 전지 박막의 국부 광전류와 지수 함수 관계를 가지고 있는 것을 관찰하였으며, 전기적 잡음원의 분포가 페로브스카이트 기반 태양 전지의 성능을 결정짓는 핵심 요소임을 밝혔다. 다음으로, 분자 전자 소자에서 발생하는 전기적 잡음에 관하여 논의 할 것이다. 분자 소자의 저항에서 발생하는 전기적 잡음의 크기는 저항의 제곱에 비례하는 것을 관찰하였으며, 나노 크기의 분자 전자 소자에서 발생하는 전기적 잡음의 주요원인은 분자-금속 간 결합의 무작위적인 변동임을 밝혔다. 마지막으로, 전기적 잡음 분석을 통한 새로운 진동 분광법의 개발에 관하여 논의 할 것이다. 이 방법에서는 전도성 원자간력 현미경에 설치된 백금 탐침을 사용하여 전도성 기판 위에 증착된 분자에서 생성되는 전기적 잡음을 측정한다. 백금 탐침에 인가된 전압이 측정된 분자의 특정 진동 모드의 에너지와 일치할 때 해당 진동 모드가 자극되어 전기적 잡음이 증가하는 것을 관찰하였다. 이 원리를 이용하여, 전기적 잡음-전압 스펙트럼을 분석함으로써 측정된 분자의 진동 모드를 식별 할 수 있었다. 또한, 이 방법은 다양한 분자로 구성된 패턴 위에서 특정한 진동 모드의 분포를 정량적으로 이미징 하는데 사용될 수도 있었다.