WO2019135480A1 - 격자진동을 제어할 수 있는 위상절연체 구조물과 그것을 포함하는 트랜지스터 및 솔라셀 - Google Patents

격자진동을 제어할 수 있는 위상절연체 구조물과 그것을 포함하는 트랜지스터 및 솔라셀 Download PDF

Info

Publication number
WO2019135480A1
WO2019135480A1 PCT/KR2018/013203 KR2018013203W WO2019135480A1 WO 2019135480 A1 WO2019135480 A1 WO 2019135480A1 KR 2018013203 W KR2018013203 W KR 2018013203W WO 2019135480 A1 WO2019135480 A1 WO 2019135480A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control member
vibration control
phase insulator
phonon
insulator structure
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/013203
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
최현용
인치훈
김범
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Publication of WO2019135480A1 publication Critical patent/WO2019135480A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
    • H01L21/0274—Photolithographic processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1606—Graphene
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73—Bipolar junction transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73—Bipolar junction transistors
    • H01L29/7311—Tunnel transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a phase insulator structure capable of controlling lattice vibration, a transistor and a solar cell including the phase insulator structure, and more particularly, to a phase insulator structure capable of controlling lattice vibration by arranging an arrangement of a vibration control member whose plasmon frequency is variable, To thereby generate a desired phonon frequency.
  • Phase insulator Has the characteristics of a metal, but the inside of the surface has an insulator characteristic.
  • the surface electrons have a characteristic that the scattering is greatly suppressed because the spin direction of the surface electrons is always perpendicular to the electron movement direction. Even if scattering of impurities and electrons occurs on the surface, the spin direction of electrons does not change. Therefore, the direction of motion of the electrons is maintained unchanged.
  • Phase insulators are emerging as electronic materials in recent years due to the characteristics of such phase insulator surface electrons, and phase insulators are expected to be used in spin-based quantum computers and optoelectronic devices. However, at room temperature, the phase insulator surface electrons have a constant resistance due to electron-phonon interaction, which degrades the room temperature performance of the phase insulator-based device.
  • the conventional phonon control method has been invented in graphene which is a two-dimensional material [J. Yan et al., Phys. Rev. Lett. 98, 166802 (2007)).
  • the prior art controls graphene phonon using electron density of graphene.
  • the phonon frequency located at about 200 meV ( ⁇ 50 THz) is controlled by graphene electron density and fermi energy.
  • the graphene Fermi energy is two times lower than the phonon frequency, the phonon frequency is red-deflected, whereas when the double-Fermi energy is higher than the phonon frequency, the phonon frequency is blue-deflected.
  • phonon is located at a relatively higher frequency ( ⁇ 50 THz) than the phase insulator, where the Fermi energy is electrically controllable.
  • ⁇ 50 THz the Fermi energy
  • ⁇ 2 THz the Fermi energy in the phase insulator phonon frequency
  • the phase insulator structure includes a rectangular cell having a vibration control member protruded or recessed in the middle of the upper portion thereof, and a plurality of cells are arranged in left and right and up and down directions .
  • the vibration control member may be characterized in that the length thereof is longer than the width thereof.
  • vibration control member and the cells may be formed to be parallel to each other in the longitudinal direction.
  • the total distance of the vibration control member from both side edges in the width direction of the cell is equal to the length of the vibration control member.
  • the total distance separated from the side edges in the longitudinal direction of the cell to the vibration control member may be the same as the width of the vibration control member.
  • the vibration control member may have a length of 1 to 20 m.
  • phase insulator structure , , Or the like.
  • the phase insulator structure may be fabricated by a photo-lithography method.
  • a method of manufacturing a phase insulator structure comprising: positioning a phase insulator layer on a substrate; forming a phase insulator layer on the phase insulator layer by a photo- Thereby forming a protruding or recessed vibration control member.
  • the step of positioning the phase insulator layer on the substrate may be characterized in that the phase insulator layer is grown on the substrate using molecular beam epitaxy.
  • phase insulator layer , , Or the like.
  • the phase insulator layer may have a height of 10 nm to 100 nm.
  • the step of forming the vibration control member in the phase insulator layer may be performed by performing etching using UV-lithography and ion-etching.
  • the vibration control member may be characterized in that the length thereof is longer than the width thereof.
  • the length of the vibration control member may be the same as the distance between the vibration control member and another vibration control member adjacent in the width direction.
  • the width of the vibration control member may be the same as the distance between the vibration control member and another vibration control member adjacent in the longitudinal direction.
  • the vibration control member may have a length of 1 to 20 m.
  • phase insulator structure when the phase insulator structure of the present invention is utilized as a method for controlling the electron-phonon interaction in the phase insulator, the lattice vibration can be controlled.
  • phase insulator when a device such as a transistor or a solar cell is manufactured based on the phase insulator according to the present invention, it is possible to improve room temperature operation performance.
  • FIG. 1 is a perspective view of an arrangement of phase insulator structures in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a phase insulator structure according to a first embodiment of the present invention in which a vibration control member is recessed and formed.
  • FIG. 3 is a perspective view of a phase insulator structure according to a second embodiment of the present invention in which a vibration control member is protruded.
  • FIG. 4 is an optical microscope photograph of a phase insulator structure in which a recessed or protruded vibration control member having various lengths (L) in a unit array is formed;
  • FIG. 5 is a graph showing the results of THz erasure E (v) measurement of vibration control members of various lengths (L) at a temperature of 78K;
  • Figure 6 shows the Fano interference with parameters v, w and g, ) And a resonance plasmon ( ) ≪ / RTI >
  • Figure 7 is a plot of the plasmon frequency of the vibrated control member as a function of the wave vector k (point) (Dashed line) for this data, and the lower right box is the protruded vibration control member (dot) having the same fitting line (broken line) as the recessed vibration control member Lt; / RTI >
  • FIG. 8 shows the THz field change induced by the pump as a function of [Delta] FIG.
  • the dashed line is the equilibrium phonon resonance
  • the graph on the left shows the frequency of plasmon and optical phonon as a function of k
  • the graph on the right shows the graph of phonon expansion.
  • the dashed line is the equilibrium phonon resonance, Is a phonon resonance after photoexcitation, and the graph on the left shows the frequency of plasmon and optical phonon as a function of k, and the graph on the right graph shows the graph of phonon strengthening.
  • 16 is a graph showing the relationship between (Dot on solid line) and S6 (dot on dotted line), and the upper right box represents 2DEG A graph showing the density change of the sample.
  • 17 is a graph showing the relationship between the transverse phonon line width (Dot on solid line) and S6 (dot on dotted line), and the upper right box represents the temporary phonon frequency of S12 (Dotted line) and S6 (dotted line).
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of a transistor in which a phase insulator structure is applied as a channel layer according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a sectional view of a solar cell to which a phase insulator structure according to an embodiment of the present invention is applied.
  • phase insulator structure according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  • the present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
  • Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
  • Embodiments of the present invention provide a method and apparatus for controlling Fermi energy in the phonon frequency ( ⁇ 2 THz) region of a phase insulator to induce electron-phonon interaction using a plasmon frequency to solve the technically difficult problem
  • the phonon frequency (lattice vibration) of the phase insulator can be controlled even in a low energy region (-2 THz).
  • a phase insulator structure 10 includes a square cell 100 formed with a vibration control member 110 protruding or recessed in an upper middle portion thereof, The cells 100 are arranged in the left-right direction and the up-down direction.
  • phase insulator structure (10) The phase insulator structure (10) , , Or the like.
  • Phonons in the phase insulator resonate with electromagnetic waves at about 2 THz frequencies.
  • the phase insulator is etched with a structure of several micrometers, the phase insulator plasmon resonates with the electromagnetic wave at the frequency of the THz region.
  • the frequency of the phase insulator plasmon is inversely proportional to the length of the etch structure, the frequency of the plasmon can be controlled by adjusting the length of the etch structure.
  • the phonon frequency in the phase insulator plasmon structure is lower than the phonon frequency
  • the phonon frequency is red-shifted and shifted to a lower frequency.
  • the phonon frequency is blue-deflected and shifted to a higher frequency.
  • the frequency range in which the phonon frequency is controlled by plasmon is about 0.04 THz.
  • the phase insulator structure 10 can control the electron-phonon interaction, and can effectively control the phonon frequency.
  • the phase insulator structure 10 is disposed in layers above the substrate 20.
  • the substrate 20 may be made of sapphire based material of an insulator type.
  • the vibration control member 110 of this embodiment is characterized in that the length is longer than the width.
  • vibration control member 110 and the cell 100 of this embodiment are characterized in that they are formed to be parallel to each other in the longitudinal direction.
  • This embodiment is characterized in that the total distance separated from both side edges in the width direction of the cell 100 to the vibration control member 110 coincides with the length of the vibration control member 110.
  • this embodiment is characterized in that the total distance separated from the both side edges in the longitudinal direction of the cell 100 to the vibration control member 110 coincides with the width of the vibration control member 110.
  • the length of the vibration control member 110 of this embodiment is characterized by being 1 ⁇ ⁇ to 20 ⁇ ⁇ .
  • phase insulator structure 10 of this embodiment is characterized in that it is manufactured by a photo-lithography method.
  • phase insulator structure 10 Next, a method of manufacturing the phase insulator structure 10 according to an embodiment of the present invention will be described.
  • a method of fabricating a phase insulator structure 10 includes positioning a phase insulator layer on a substrate 20, arranging the phase insulator layer uniformly on the phase insulator layer by a photolithography process, And forming the recessed vibration control member (110).
  • the step of positioning the phase insulator layer on the substrate 20 of this embodiment is also characterized in that a phase insulator layer is grown on the substrate 20 using molecular beam epitaxy.
  • phase insulator layer of this embodiment , , Or the like.
  • phase insulator layer in this embodiment has a height of 10 nm to 100 nm.
  • the step of forming the vibration control member 110 on the phase insulator layer of this embodiment is performed by performing etching using UV-lithography and ion-etching.
  • vibration control member 110 of this embodiment is characterized in that its length is longer than the width.
  • the length of the vibration control member 110 of this embodiment coincides with the distance between the vibration control member 110 and another vibration control member 110 adjacent in the width direction.
  • the width of the vibration control member 110 of this embodiment is characterized by being coincident with the distance between the vibration control member 110 and another vibration control member 110 adjacent in the longitudinal direction.
  • This embodiment is also applicable to the case where the distance L between the length L and the width w of the vibration control member 110 and the other vibration control member 110 adjacent to the vibration control member 110 in the width direction,
  • the length of the vibration control member 110 of this embodiment is characterized by being 1 ⁇ ⁇ to 20 ⁇ ⁇ .
  • the phase insulator is a quantum state of a material that exhibits a topologically protected surface Dirac state by suppressing elastic backscattering of angle pi.
  • electrical conduction other than the scattering angle ⁇ indicates that the finite electrical conductivity is mainly limited by Dirac carrier-phonon scattering. It is therefore necessary to investigate these interactions to account for the fundamental operational limitations of phase-insulator-based devices.
  • a Dirac carrier such as graphene, with a linear dispersion similar to the surface state of the phase insulator, can actually use electrical or optical means to control the Dirac fermion-phonon coupling path. Lt; / RTI >
  • the related phonon experiences land damping, and when it is high, the related phonon spreads without noticeable phonon energy transfer.
  • Dirac plasmon resonance increases compared to the ⁇ mode phonon energy, phonon stiffening can observe remarkable phenomenon accompanied by reduced phonon broadening.
  • FIG. 4 is a schematic view of an embodiment of 25 quintuple layer layers fabricated by UV lithography and reactive ion etching (Left side), and 15 quintuple layers And the protruding vibration control member 110 (right side) having the protruding vibration control member 110 having the protruding vibration control member 110 are uniformly arranged.
  • the length L of the recessed or projected vibration control member 110 was gradually changed from 14 ⁇ m to 5 ⁇ m to produce a plasmon momentum of k to ⁇ / L.
  • the width (w) is fixed to 4 ⁇ m and the side of the unit cell is L + w.
  • the picosecond (ps) THz pulse was generated by light rectification in a ⁇ 110> -directional ZnTe single crystal, and the transmitted THz pulse passing through the sample was detected by electro-optic sampling in another pair of ⁇ 110> .
  • a part of the 1.55 eV laser output was used as an optical excitation pulse.
  • the Fourier transform transmittance T (v) of the patterned phase insulator structure 10 is measured using a THz time-domain spectroscopy at a temperature of 78K.
  • the recessed vibration control member 110 resonates with vertically polarized light to excite the " anti-dipole " resonance, Resonates along the dipole direction.
  • the E (v) spectrum of the recessed and projected vibration control member 110 is substantially similar because the lengths L are the same.
  • the E (v) spectrum is composed of ⁇ -mode phonons and a slightly different resonance with the broad quasi-resonant plasmon, and the broad quasi-resonance plasmon moves toward increasingly higher frequencies as the length L decreases.
  • Fano model derived from the energy diagram of FIG. 6 is used to fit the data of FIG.
  • the parameter w (g) is the coupling coefficient of radiation and phonon (plasmon) that produces the Lorentz extinction spectrum
  • v determines the Fano interference between plasmon and phonon.
  • Figure 5 also shows the exposed plasmon spectrum, indicated by gray dotted lines, on the same plot. The relationship between k and k is important in understanding two-dimensional Dirac plasmons. According to theoretical and experimental studies Is proportional to the square root of k.
  • the plasmon dispersion of FIG. 7 shows that the plasmons of the actually lapped and protruded vibration control member 110 are derived from a two-dimensional Dirk electron system. Unlike graphene, both the non-mass particles of the Dirac Fermions and the massive particles of the two-dimensional electron gas (2DEG) constitute a phase insulator plasmon. Deak carrier without mass And a huge 2DEG Is extracted from the plasmon dispersion and is consistent with previous angle-resolved photoemission measurements.
  • 2DEG two-dimensional electron gas
  • the width of the plasmon is And does not show a strong dependence on. Unlike graphene plasmon or metal nanoparticles, the attenuation of the phase insulator plasmon through edge scattering is negligible in the phase insulator plasmon structure.
  • FIG. 8 shows the change of the extinction spectrum induced by the pump to investigate the dynamic interaction between the two-dimensional Dirac plasmon and phonon.
  • the signal of wide ⁇ E (v) from ⁇ mode 1.9 THz phonon has a positive value for all samples, which is related to pump-induced optical carrier generation.
  • After fitting the spectrum DELTA E (v) in FIG. 9 using the Fano model plot the transient plasmon dispersion after photoexcitation in FIG. Light excitation in a tiny bulk state Of the blue shift.
  • E (v) is a symmetric spectrum with a length (L) in the vicinity of ⁇ mode 1.9 THz phonon resonance between 14 ⁇ m and 9 ⁇ m and asymmetric spectrum from 8 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the length (L) from 14 mu m to 9 mu m Is less than 2.0 THz
  • the length (L) from 8 ⁇ to 5 ⁇ is higher than 2.1 THz.
  • ⁇ E (v) of the phonon spectrum is ⁇ 11, > Can be schematically explained by displaying the plasmon and phonon dispersions as shown in Fig. Corresponding expiration of exposed phonons And phonon annihilation Is also shown.
  • the branch of the alpha-mode optical phonon is indicated by a horizontal line because the dispersion in the THz range shows negligible k dependence compared with the two-dimensional Dirac plasmon.
  • the steep conversion across the ⁇ mode 1.9 THz phonon reminds Landau damping of optical phonons through the electron-hole pair excitation of graphene.
  • the combination of phonon and diac fermions shows increased phonon damping and phonon energy renormalization.
  • the shaded region in Fig. 13 represents the Landau attenuation region of alpha-mode phonon.
  • One difference compared to graphene is that the localized damping of the phase insulator phonon does not depend on the density or electron temperature of the Dirac Fermions. Because the Fermi level of the phase insulator is several hundred times larger than the alpha mode phonon.
  • Figure 14 schematically shows two different regions, the left side being a two-dimensional Dirac plasmon ⁇ , And the right side > .
  • two selected intervening vibration control members 110 S12
  • the time-resolved? E (v) spectrum shown in FIG. 15 also consists of a rapid disappearance of two-dimensional Dirac plasmons and phonon decay similar to?
  • the elevated form of the DELTA E (v) gradient along the frequency is relaxed within a few picoseconds (ps) when the optically excited electrons recombine Quot; blue-shift "
  • S12 and S6 Wow And the time-dependent dynamics of the system. 17 shows phonon damping for S12 and S6.
  • the phonon width for S12 is always larger than S6 at? T. That is, it is similar to the minor phonon extension of the 2DEG case.
  • band bending-induced two-dimensional electrons are the main cause. This means that And the time constant is very similar to the time constant of optically excited 2DEG (see right upper half of Figure 16).
  • the carrier-phonon interaction is a two-dimensional Dirac plasmon resonance Can be controlled by manipulating the pressure sensor. This , It can be observed that phonon broadening is dominant in the transient? E (v) spectrum. Increases the Landau attenuation of phonons through electron-phonon bonds. In contrast, this Higher than that, suppressed electron-phonon bonds are observed and phonon curing occurs.
  • a phase insulator structure 10 may be applied to a transistor.
  • a transistor to which a phase insulator structure 10 according to an embodiment of the present invention is applied includes a substrate 20, a phase insulator structure 10 located above the substrate 20, and a phase insulator structure 10 located above the phase insulator structure 10 A source electrode 40 located on the phase insulator structure 10 and spaced apart from the drain electrode 30; a tunnel junction layer 50 located above the source electrode 40; And a gate electrode (60) located on the gate electrode (50).
  • the transistor of this embodiment operates like an n-type transistor.
  • the substrate 20 is made of silicon (Si).
  • a phase insulator structure 10 forms a layer. Since the phase insulator flows only on the surface, the spin of electrons can be aligned in a specific direction using this characteristic. As a result, the spin direction of the source electrode 40 can be controlled according to the gate voltage input through the gate electrode 60.
  • a ferromagnetic material may be used as the material of the source electrode 40.
  • the tunnel junction layer which is an insulator is located above the source electrode 40, and the gate electrode 60 is located above the tunnel junction layer. Since the spin direction of the gate electrode 60 should not change during operation, a ferromagnetic material having a coercive force larger than that of the source electrode 40 is preferably used. Therefore, the spin direction of the source electrode 40 is changed according to the voltage applied to the gate electrode, so that a different output value can be obtained through the drain electrode 30 by using the same.
  • a phase insulator structure according to an embodiment of the present invention can be applied to a solar cell.
  • the solar cell includes a power generating member 10 that generates electricity when an electromagnetic wave is received and electrodes 30 and 40 through which electricity generated by the power generating member 10 is output.
  • a solar cell to which a phase insulator structure according to an embodiment of the present invention is applied includes a substrate 20, a power generating member including a phase insulator structure 10 disposed on the substrate 20, And connected electrodes (30, 40).
  • One of the electrodes is a source electrode 40 from which a current is output, and the other is a drain electrode 30.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

본 발명은 길이에 대응하여 플라즈몬(plasmon) 주파수가 가변되는 진동제어부재의 배열을 위상절연체층에 형성시키는 것으로 원하는 포논(phonon) 주파수를 발생시킬 수 있는 위상절연체 구조물에 관한 기술로서, 상부 중간에 돌출 또는 요입된 진동제어부재가 형성된 사각의 셀을 포함하고, 다수의 셀이 좌우 및 상하방향으로 배열된 것을 특징으로 한다.

Description

격자진동을 제어할 수 있는 위상절연체 구조물과 그것을 포함하는 트랜지스터 및 솔라셀
본 발명은 격자진동을 제어할 수 있는 위상절연체 구조물과 그것을 포함하는 트랜지스터 및 솔라셀에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 길이에 대응하여 플라즈몬(plasmon) 주파수가 가변되는 진동제어부재의 배열을 위상절연체층에 형성시키는 것으로 원하는 포논(phonon) 주파수를 발생시킬 수 있는 위상절연체 구조물에 관한 기술이다.
위상절연체
Figure PCTKR2018013203-appb-I000001
의 표면은 금속의 특성을 갖지만 표면 내부는 절연체의 특성을 갖는다.
Figure PCTKR2018013203-appb-I000002
표면 전자는 산란이 크게 억제되는 특징이 있는데, 이것은 표면 전자의 스핀 방향이 전자의 운동 방향과 항상 수직이기 때문이다.
Figure PCTKR2018013203-appb-I000003
표면에서 불순물과 전자의 산란이 일어나도 전자의 스핀 방향은 변하지 않으며. 따라서 전자의 운동 방향 또한 바뀌지 않고 유지된다. 이러한 위상절연체 표면 전자의 특징으로 최근 위상절연체가 전자 소재로서 각광받고 있으며, 스핀 기반 양자 컴퓨터 및 광전자 소자에도 위상절연체가 활용될 전망이다. 그러나 상온에서 위상절연체 표면 전자는 전자-포논 상호작용에 의해 일정한 저항을 갖는데, 이로 인해 위상절연체 기반 소자의 상온 성능이 저하된다.
한편, 종래 포논 제어 방법은 2차원 물질인 그래핀에서 발명되었다 [J. Yan et al., Phys. Rev. Lett. 98, 166802 (2007)]. 종래 기술은 그래핀의 전자 밀도를 이용하여 그래핀의 포논을 제어한다. 약 200 meV (~50 THz)에 위치하는 포논(phonon) 주파수는 그래핀 전자 밀도와 페르미 에너지(fermi energy)에 의해 제어된다. 그래핀의 페르미 에너지의 2배 값이 포논 주파수보다 낮을 때 포논 주파수는 적색 편향되는 반면, 2배 페르미 에너지가 포논 주파수보다 높을 때 포논 주파수는 청색 편향된다.
그래핀의 경우, 포논이 위상절연체보다 비교적 높은 주파수(~50 THz)에 위치하는데, 이 영역에서 페르미 에너지는 전기적으로 제어 가능하다. 하지만, 위상절연체 포논 주파수(~2 THz)영역에서 페르미 에너지를 제어하는 것은 거의 기술적으로 불가능한데, 이것은 열에 의한 전하 생성 때문이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 길이에 대응하여 플라즈몬(plasmon) 주파수가 가변되는 진동제어부재의 배열을 위상절연체층에 형성시키는 것으로 원하는 포논(phonon) 주파수를 발생시킬 수 있는 위상절연체 구조물을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 위상절연체 구조물은, 상부 중간에 돌출 또는 요입된 진동제어부재가 형성된 사각의 셀을 포함하고, 다수의 상기 셀이 좌우 및 상하방향으로 배열된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 진동제어부재는 길이가 너비보다 긴 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 진동제어부재와 상기 셀은 길이방향으로 서로 나란하게 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 셀의 너비방향의 양측 가장자리에서부터 상기 진동제어부재까지의 이격된 총 거리는 상기 진동제어부재의 길이와 일치한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 셀의 길이방향의 양측 가장자리에서부터 상기 진동제어부재까지의 이격된 총 거리는 상기 진동제어부재의 너비와 일치한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 셀의 너비방향의 일측 가장자리에서부터 상기 진동제어부재까지의 이격된 거리(a)와, 상기 셀의 길이방향의 일측 가장자리에서부터 상기 진동제어부재까지의 이격된 거리(b)와, 상기 진동제어부재의 길이(L) 및 너비(w)는 L+2b=w+2a의 관계를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 진동제어부재의 길이는 1μm 내지 20μm인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 위상절연체 구조물은
Figure PCTKR2018013203-appb-I000004
,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000005
,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000006
중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 위상절연체 구조물은 포토 리소그래피(photo-lithography) 공법으로 제조된 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 위상절연체 구조물의 제조 방법은, 기판 위에 위상절연체층을 위치시키는 단계, 포토 리소그래피(photo-lithography) 공법으로 상기 위상절연체층에 일정하게 배열되어 돌출 또는 요입된 진동제어부재를 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기판 위에 위상절연체층을 위치시키는 단계는 분자선 에피턱셜법(molecular beam epitaxy)을 이용하여 상기 기판 위에 상기 위상절연체층이 성장되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 위상절연체층
Figure PCTKR2018013203-appb-I000007
,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000008
,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000009
중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 위상절연체층은 10nm 내지 100nm의 높이를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 위상절연체층에 진동제어부재를 형성시키는 단계는 UV-lithography 및 ion-etching을 이용하여 식각시키는 것으로 실시되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 진동제어부재는 길이가 너비보다 긴 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 진동제어부재의 길이는 상기 진동제어부재와 너비 방향으로 인접한 다른 진동제어부재와의 거리와 일치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 진동제어부재의 너비는 상기 진동제어부재와 길이 방향으로 인접한 다른 진동제어부재와의 거리와 일치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 진동제어부재의 길이(L) 및 너비(w)와, 상기 진동제어부재와 너비 방향으로 인접한 다른 진동제어부재와의 거리(2a)와, 상기 진동제어부재와 길이 방향으로 인접한 다른 진동제어부재와의 거리(2b)는 L+2b=w+2a의 관계를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 진동제어부재의 길이는 1μm 내지 20μm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 위상절연체 구조물에 따르면 위상절연체에서 전자-포논 상호작용을 제어하기 위한 방법으로 본 발명의 위상절연체 구조물이 활용되면 격자진동을 제어할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 위상절연체를 기반하여 트랜지스터, 솔라셀 등의 소자를 제조하면 상온 동작 성능을 개선시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 위상절연체 구조물 배열의 사시도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상절연체 구조물에서 진동제어부재가 요입되어 형성된 상태의 사시도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 위상절연체 구조물에서 진동제어부재가 돌출되어 형성된 상태의 사시도.
도 4는 단위 배열 내에 다양한 길이(L)을 가지는 요입 또는 돌출된 진동제어부재가 형성된 위상절연체 구조물의 광학 현미경 사진.
도 5는 78K의 온도에서 다양한 길이(L)의 진동제어부재들의 THz 소거 E(v) 측정결과를 나타낸 그래프.
도 6은 파라미터 v, w 및 g를 갖는 Fano 간섭을 나타내며, 광학 포논(
Figure PCTKR2018013203-appb-I000010
)과 유사공진 플라즈몬(
Figure PCTKR2018013203-appb-I000011
)의 개별 에너지 레벨이 표시된 에너지 다이어그램의 개략도.
도 7은 웨이브벡터 k(점)의 함수로서의 요입된 진동제어부재의 플라즈몬 주파수
Figure PCTKR2018013203-appb-I000012
이 데이터에 대한 맞춤선(파선)과 함께 표시된 것이고, 우측 하단 박스는 요입된 진동제어부재와 동일한 맞춤선(파선)을 가진 돌출된 진동제어부재(점)의
Figure PCTKR2018013203-appb-I000013
을 나타내는 그래프.
도 8은 Δt의 함수로서 펌프(pump)에 의해 유도된 THz 전계 변화
Figure PCTKR2018013203-appb-I000014
를 나타낸 그래프.
도 9는 서로 다른 길이(L)를 갖는 요입된 진동제어부재 각각에서 78K온도에서 획득되었으며, 펌프(pump) 프로브 지연은 Δt=6ps 환경에서 THz 소멸(extinction) ΔE(v)의 변화를 측정한 결과로서, 실선은 Fano 모델에서 얻은 피팅이고, 파선은 ΔE(v)=0의 경우인 것을 나타낸 그래프.
도 10은 Δt=6ps에서의 k의 함수로서의
Figure PCTKR2018013203-appb-I000015
(점)은 맞춤선(파선)으로 표시되고, 실선은 도 7의 맞춤선인 그래프.
도 11의
Figure PCTKR2018013203-appb-I000016
의 파선은 평형 포논 공진(the equilibrium phonon resonance)이고,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000017
의 실선은 광 여기 후의 포논 공진이며, 좌측 그래프는 k의 함수로서 플라즈몬과 광학 포논의 주파수를 나타내고, 우측 그래프는 포논 확장을 도시한 그래프.
도 12의
Figure PCTKR2018013203-appb-I000018
의 파선은 평형 포논 공진(the equilibrium phonon resonance)이고,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000019
의 실선은 광 여기 후의 포논 공진이며, 좌측 그래프는 k의 함수로서 플라즈몬과 광학 포논의 주파수를 나타내고, 우측 그래프는 포논 강화를 도시한 그래프.
도 13은 Δt=ps에서
Figure PCTKR2018013203-appb-I000020
의 함수로서 과도 포논 주파수(transient phonon frequency)
Figure PCTKR2018013203-appb-I000021
와, 포논 선폭(phonon linewidth)
Figure PCTKR2018013203-appb-I000022
의 플롯(plot)을 나타낸 그래프.
도 14는
Figure PCTKR2018013203-appb-I000023
<
Figure PCTKR2018013203-appb-I000024
(좌측)와
Figure PCTKR2018013203-appb-I000025
>
Figure PCTKR2018013203-appb-I000026
(우측) 일 때 플라즈몬과 포논 E(v)의 그래프.
도 15는 길이(L)=12μm(S12, 좌측) 및 길이(L)=6μm(S6, 우측)인 요입된 진동제어부재에 대해 3ps에서 8ps까지의 Δt에서의 시간 분해 ΔE(v) 역학관계를 나타낸 것으로, 파선은 실험적으로 측정된 값이고, 실선은 데이터에 근거한 값이며, 수직 파선은 광 여기 후의 포논 공진을 나타내는 그래프.
도 16은 Δt의 함수로서 S12의
Figure PCTKR2018013203-appb-I000027
(실선 상의 점) 및 S6(파선 상의 점)을 나타내고, 우측 상부 박스는 2DEG
Figure PCTKR2018013203-appb-I000028
의 밀도변화를 나타내는 그래프.
도 17은 S12의 일시적인 포논 선폭
Figure PCTKR2018013203-appb-I000029
(실선 상의 점) 및 S6(파선 상의 점)을 나타내고, 우측 상부 박스는 S12의 일시적인 포논 주파수
Figure PCTKR2018013203-appb-I000030
(파선 상의 점) 및 S6(실선 상의 점)을 나타내는 그래프.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상절연체 구조물이 채널층으로 적용된 트랜지스터의 단면도.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상절연체 구조물이 적용된 솔라셀의 단면도.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 위상절연체 구조물에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 실시예는 위상절연체의 포논(phonon) 주파수(~2 THz)영역에서 페르미 에너지를 제어하는 것이 기술적으로 매우 어려운 문제를 해결하고자 플라즈몬(plasmon) 주파수를 이용하여 전자-포논 상호작용을 유도함으로써, 결과적으로 낮은 에너지 영역(~2 THz)에서도 위상절연체의 포논 주파수(격자진동)를 제어할 수 있는 것이 특징이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상절연체 구조물(10)은 상부 중간에 돌출 또는 요입된 진동제어부재(110)가 형성된 사각의 셀(100)을 포함하고, 다수의 셀(100)이 좌우 및 상하방향으로 배열된 것을 특징으로 한다.
위상절연체 구조물(10)은
Figure PCTKR2018013203-appb-I000031
,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000032
,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000033
중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
위상절연체의 포논은 약 2 THz 주파수에서 전자파와 공진된다. 한편, 위상절연체를 수 마이크로미터 단위의 구조로 식각하면, 수 THz 영역 주파수에서 위상절연체 플라즈몬이 전자파와 공진된다. 이 때, 위상절연체 플라즈몬의 주파수는 식각 구조 길이에 반비례하므로, 식각 구조 길이를 조절하면 플라즈몬 주파수를 제어할 수 있게 된다.
위상절연체 플라즈몬 구조에서 플라즈몬 주파수가 포논 주파수보다 낮으면 포논 주파수는 적색 편향되어 낮은 주파수로 이동된다. 반면, 플라즈몬 주파수가 포논 주파수보다 높으면 포논 주파수는 청색 편향되어 높은 주파수로 이동된다. 이때, 포논 주파수가 플라즈몬에 의해 제어되는 주파수 범위는 약 0.04 THz 이다.
플라즈몬에 의해 포논 주파수가 이동하는 이유는 전자와 포논의 상호작용 때문인데, 플라즈몬 주파수가 포논 주파수보다 낮으면 전자-포논 상호작용이 증가하는 반면, 플라즈몬 주파수가 포논 주파수보다 높으면 전자-포논 상호작용은 감소한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 위상절연체 구조물(10)은 전자-포논 상호작용을 제어할 수 있으며, 이를 이용하여 포논 주파수를 효과적으로 제어할 수 있게 된다.
위상절연체 구조물(10)은 기판(20) 위에 층으로 배치되는 것이 바람직하다. 기판(20)은 절연체 계열인 사파이어 계열 소재가 이용될 수 있다.
플라즈몬 주파수의 제어를 위해, 이 실시예의 진동제어부재(110)는 길이가 너비보다 긴 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예의 진동제어부재(110)와 셀(100)은 길이방향으로 서로 나란하게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예는 셀(100)의 너비방향의 양측 가장자리에서부터 진동제어부재(110)까지의 이격된 총 거리는 진동제어부재(110)의 길이와 일치한 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예는 셀(100)의 길이방향의 양측 가장자리에서부터 진동제어부재(110)까지의 이격된 총 거리는 진동제어부재(110)의 너비와 일치한 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예는 셀(100)의 너비방향의 일측 가장자리에서부터 진동제어부재(110)까지의 이격된 거리(a)와, 셀(100)의 길이방향의 일측 가장자리에서부터 진동제어부재(110)까지의 이격된 거리(b)와, 진동제어부재(110)의 길이(L) 및 너비(w)는 L+2b=w+2a의 관계를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예의 진동제어부재(110)의 길이는 1μm 내지 20μm인 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예의 위상절연체 구조물(10)은 포토 리소그래피(photo-lithography) 공법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상절연체 구조물(10)의 제조 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 위상절연체 구조물(10)의 제조 방법은 기판(20) 위에 위상절연체층을 위치시키는 단계, 포토 리소그래피(photo-lithography) 공법으로 위상절연체층에 일정하게 배열되어 돌출 또는 요입된 진동제어부재(110)를 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예의 기판(20) 위에 위상절연체층을 위치시키는 단계는 분자선 에피턱셜법(molecular beam epitaxy)을 이용하여 기판(20) 위에 위상절연체층이 성장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예의 위상절연체층은
Figure PCTKR2018013203-appb-I000034
,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000035
,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000036
중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예의 위상절연체층은 10nm 내지 100nm의 높이를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예의 위상절연체층에 진동제어부재(110)를 형성시키는 단계는 UV-lithography 및 ion-etching을 이용하여 식각시키는 것으로 실시되는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예의 진동제어부재(110)는 길이가 너비보다 긴 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예의 진동제어부재(110)의 길이는 진동제어부재(110)와 너비 방향으로 인접한 다른 진동제어부재(110)와의 거리와 일치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예의 진동제어부재(110)의 너비는 진동제어부재(110)와 길이 방향으로 인접한 다른 진동제어부재(110)와의 거리와 일치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예는 진동제어부재(110)의 길이(L) 및 너비(w)와, 진동제어부재(110)와 너비 방향으로 인접한 다른 진동제어부재(110)와의 거리(2a)와, 진동제어부재(110)와 길이 방향으로 인접한 다른 진동제어부재(110)와의 거리(2b)는 L+2b=w+2a의 관계를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 실시예의 진동제어부재(110)의 길이는 1μm 내지 20μm인 것을 특징으로 한다.
[실험 예]
위상절연체는 각도 π의 탄성 후방 산란(elastic backscattering)을 억제하여 위상학적으로 보호된 표면 디랙(Dirac) 상태를 나타내는 물질의 양자 상태이다. 승온된 상태에서, 산란 각 π 이외의 전기 전달은 유한 도전율이 주로 디랙 캐리어-포논(Dirac carrier-phonon) 산란에 의해 제한된다는 것을 나타낸다. 그러므로 위상절연체 기반 장치의 기본적인 작동 제한을 설명하기 위해 이러한 상호 작용을 조사하는 것이 필요하다. 선형 분산이 위상절연체의 표면 상태와 유사한 그래핀(graphene)과 같은 디랙 캐리어(Dirac carrier)는 디랙 페르미온-포논(Dirac fermion-phonon) 커플링 경로를 제어하기 위해 실제로 전기 또는 광학 수단을 이용할 수 있음을 보여준다.
실험을 위해, 연속된 디랙 페르미온(Dirac fermion)과 별도의 고에너지 광학 포논(~200meV) 간의 상호 작용은 G포논의 랜도(Landau) 감쇠 역학관계를 정전기적 게이팅 또는 비평형 광 여기를 사용하여 전환함으로써 조작되었다. 이 접근법이 효과적이긴 하지만, 랜도(Landau)가 입자-홀 쌍으로 댐핑되는 포논 붕괴 제어는 가장 긴 장파장 광학 포논(약 1.9THz의 α 모드)조차도 몇 meV 내에 깊이 위치하고 있기 때문에 위상절연체에서는 어려운 작업이다. 전자-포논 상호 작용에 대한 전계 효과 또는 광학적 제어가 자유 캐리어의 열적 여기로 인한 승온된 상태에서 연속체와 같은 드루데(Drude) THz 응답에 의해 쉽게 스크리닝 되도록 한다.
이 실험에서는 디랙 캐리어-포논(Dirac carrier-phonon) 상호 작용 경로를 선택적으로 조작하는 대안을 검토한다. 위상절연체의 2차원 디랙 플라즈몬(Dirac plasmons)에 대한 최근의 이론적 예측과 실험적 시연에서 영감을 얻어 2차원 디랙 플라즈몬 공진(Dirac plasmon resonance)을 조정하여 포논 댐핑 및 공진 에너지를 제어할 수 있음을 보여준다.
유사공진(quasi-resonant) 2차원 디랙 플라즈몬이 α 모드 1.9THz 포논보다 낮으면 관련 포논이 랜도 댐핑을 경험하게 되고, 높으면 관련 포논이 두드러진 포논 에너지 이동 없이 넓어지는 것을 발견하였다. α 모드 포논 에너지보다 디랙 플라즈몬 공진이 증가함에 따라, 포논 강화(phonon stiffening)는 감소된 포논 확장(phonon broadening)이 수반되는 놀라운 현상을 관찰할 수 있었다.
이 실험은 두 가지 흥미로운 특징이 상호 보완 적이라는 것을 뒷받침하며, 전자-포논 상호 작용이 2차원 디랙 플라즈몬 공학(engineering)에 의해 효과적으로 제어 될 수 있음을 확인한다.
분자선 에피턱셜법(molecular beam epitaxy)에 의해 두께가 0.5mm인 사파이어(Al2O3) 기판(20) 위에 25개의 퀸튜플 레이어(Quintuple-layer)와 15개의 퀸튜플 레이어가 있는 위상절연체
Figure PCTKR2018013203-appb-I000037
박막의 프로토타입이 합성되었다. 디랙 플라즈몬의 기능은 단위 격자 내의 요입(slit) 또는 돌출(rod)된 진동제어부재(110)를 표준 포토 리소그래피(photo-lithography)를 사용하여 형성시키는 것으로 획득하였다. 도 4는 UV리소그래피(lithography)와 반응성 이온 에칭(ion etching)에 의해 제조된 25개의 퀸튜플 레이어
Figure PCTKR2018013203-appb-I000038
를 갖는 요입된 진동제어부재(110)(좌측)와, 15개의 퀸튜플 레이어
Figure PCTKR2018013203-appb-I000039
를 갖는 돌출된 진동제어부재(110)(우측)가 균일하게 배열 된 상태를 나타낸다.
요입 또는 돌출된 진동제어부재(110)의 길이(L)를 14μm에서 5μm까지 점진적으로 변화 시켜 k~π/L의 플라즈몬 운동량을 만들었다. 너비(w)는 4μm 길이로 고정하고 단위 셀의 측면은 L+w로 한다. 초고속 THz 측정을 위해 250kHz 위상절연체:사파이어 재생 증폭기(Coherent RegA 9050)를 사용하여 1.55eV 광자 에너지의 50-fs 초단 펄스를 생성했다.
피코초(ps) THz 펄스는 <110>-방향성 ZnTe 단결정에서 광 정류를 통해 생성되었으며, 샘플을 통과하는 전송된 THz 펄스는 또 다른 한 쌍의 <110>-방향성 ZnTe에서 전기 광학 샘플링에 의해 검출되었다. 또한, 1.55eV 레이저 출력의 일부를 광 여기 펄스(optical excitation pulse)로 사용했다.
먼저, 78K의 온도에서 THz 시간영역 분광기(time-domain spectroscopy)를 사용하여 패턴화된 위상절연체 구조물(10)의 푸리에 변환 투과율 T(ν)를 측정한다. 대응하는 THz 소멸 스펙트럼(extinction spectra) E(v)=1-T(v)는 도 5에 나타나 있으며, THz 전계의 분극은 플라즈몬 여기의 역 격자 벡터와 일치하도록 요입된 진동제어부재(110)의 길이와 수직되고, 돌출된 진동제어부재(110)의 길이와 평행한다.
바비넷(Babinet) 원리에 따르면, 요입된 진동제어부재(110)는 '반-쌍극자(anti-dipole)' 공진을 여기시키기 위해 수직으로 편광 된 광과 공진하며, 돌출된 진동제어부재(110)는 쌍극자(dipole) 방향을 따라 공진한다. 실제로, 요입 및 돌출된 진동제어부재(110)의 E(v) 스펙트럼은 길이(L)가 동일하기 때문에 상당히 유사하다. E(v) 스펙트럼은 α 모드 포논과 넓은 유사공진 플라즈몬(broad quasi-resonant plasmon)과 다소 상이한 공진으로 구성되며, 넓은 유사공진 플라즈몬은 길이(L)가 감소함에 따라 점점 더 높은 주파수 쪽으로 이동된다.
패터닝된 위상절연체 플라즈몬 구조물(10)에서 두 개의 다른 공진 물질은 Fano와 같은 양자 간섭을 발생시킨다. 포논(
Figure PCTKR2018013203-appb-I000040
)과 노출된 플라즈몬(bare plasmon)(
Figure PCTKR2018013203-appb-I000041
) 주파수를 얻기 위해, 도 6의 에너지 다이어그램에서 유도된 Fano 모델을 사용하여 도 5의 데이터를 맞춘다. 여기서 매개 변수 w(g)는 전형적인 로렌츠(Lorentz)의 소멸 스펙트럼을 발생시키는 방사선과 포논(플라즈몬)의 결합 계수이며, v는 플라즈몬과 포논 사이의 Fano 간섭을 결정한다. 도 5에서도 동일한 플롯(plot)에서 회색 점선으로 표시된 노출된 플라즈몬 스펙트럼을 보여준다.
Figure PCTKR2018013203-appb-I000042
과 k 사이의 관계는 2차원 디랙 플라즈몬을 이해하는 데 중요하다. 이론적 및 실험적 연구에 의하면
Figure PCTKR2018013203-appb-I000043
은 k의 제곱근에 비례함을 알 수 있다.
도 7의 플라즈몬 분산은 실제로 요입 및 돌출된 진동제어부재(110)의 플라즈몬이 2차원 디랙 전자 시스템에서 유래된 것을 보여준다. 그래핀의 경우와 달리, 디랙 페르미온의 무질량 입자와 2차원 전자가스(2DEG)의 거대한 입자 모두 위상절연체 플라즈몬을 구성한다. 질량이 없는 디랙 캐리어
Figure PCTKR2018013203-appb-I000044
와 거대한 2DEG
Figure PCTKR2018013203-appb-I000045
의 밀도가 플라즈몬 분산에서 추출되었으며, 이전의 각도 분해 광전자 방출 측정치(angle-resolved photoemission measurements)와 일치한다.
플라즈몬의 너비는
Figure PCTKR2018013203-appb-I000046
에 강한 의존성을 보이지 않으며. 그래파인 플라즈몬(graphene plasmon) 또는 금속나노입자의 경우와 달리 엣지 산란(edge scattering)을 통한 위상절연체 플라즈몬의 감쇠는 위상절연체 플라즈몬 구조에서 무시할 수 있음을 나타낸다.
패턴화된 위상절연체 구조물(10)에서 2차원 디랙 플라즈몬을 확인한 결과, 도 8에서 2차원 디랙 플라즈몬과 포논 간의 동적 상호 작용을 조사하기 위해 펌프(pump)에 의해 유도된 소멸 스펙트럼의 변화를 보여준다.
도 8에 도시된 바와 같이, 과도적인 THz 역학관계
Figure PCTKR2018013203-appb-I000047
는
Figure PCTKR2018013203-appb-I000048
의 펌프 여기 후에 수 ps의 이완 시간을 나타낸다. 양의
Figure PCTKR2018013203-appb-I000049
는 양의 ΔE(v)를 유도하여
Figure PCTKR2018013203-appb-I000050
및
Figure PCTKR2018013203-appb-I000051
를 일시적으로 증가시킨다(도 9 참조). α 모드 1.9THz 포논으로부터 넓은 ΔE(v)의 신호는 모든 샘플에 대해 양의 값을 가지며, 이것은 펌프로 유도된 광 캐리어 생성과 관련이 있다. Fano 모델을 사용하여 도 9의 스펙트럼 ΔE(v)를 피팅한 후, 도 10에서 광 여기 후 일시적인 플라즈몬 분산을 플롯(plot)한다. 사소한 벌크 상태의 광 여기는
Figure PCTKR2018013203-appb-I000052
의 청색 시프트에 원인이 있다.
광 여기 후 플라즈몬 분산은 6ps의 Δt에서 증가 된 2DEG 밀도
Figure PCTKR2018013203-appb-I000053
를 산출한다. 도 9와 도 10의 특징은 ΔE(v)가 α 모드 1.9THz 포논 공진 근처에서 길이(L)가 14μm에서 9μm 사이에서 대칭 스펙트럼이고, 8μm에서 5μm까지 비대칭 스펙트럼이라는 것이다. 여기서 14μm에서 9μm까지의 길이(L)를 갖는
Figure PCTKR2018013203-appb-I000054
의 일시적인 값은 2.0THz보다 작고, 8μm에서 5μm까지의 길이(L)는 2.1THz보다 높다. α 모드 포논이 ~1.9THz 근처에 있는 것을 감안할 때, 일시적인 포논 역학관계가 2차원 디랙 플라즈몬 공진
Figure PCTKR2018013203-appb-I000055
과 강하게 관련되어 있다는 것을 알 수 있다.
포논 스펙트럼의 다른 ΔE(v)는
Figure PCTKR2018013203-appb-I000056
<
Figure PCTKR2018013203-appb-I000057
의 경우 도 11과 같고,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000058
>
Figure PCTKR2018013203-appb-I000059
의 경우 도 12와 같이 플라즈몬 및 포논 분산을 표시함으로써 개략적으로 설명 할 수 있다. 상응하는 노출된 포논 소멸
Figure PCTKR2018013203-appb-I000060
와, 포논 소멸
Figure PCTKR2018013203-appb-I000061
의 변화도 보여진다. 여기서, α 모드 광학 포논의 분기(branch)는 THz 범위에서의 분산이 2차원 디랙 플라즈몬에 비해 무시할 수 있는 k 의존성을 나타내기 때문에 수평선으로 표시된다.
도 11에서 증가된 포논 선폭
Figure PCTKR2018013203-appb-I000062
는
Figure PCTKR2018013203-appb-I000063
의 대칭 모양을 나타내므로
Figure PCTKR2018013203-appb-I000064
<
Figure PCTKR2018013203-appb-I000065
일 때 '포논 확대(phonon broadening)'가 포논의 동적 상태를 설명한다.
한편, 도 11의 증가된
Figure PCTKR2018013203-appb-I000066
는 비대칭 모양의
Figure PCTKR2018013203-appb-I000067
를 생성할 것으로 예상되므로
Figure PCTKR2018013203-appb-I000068
<
Figure PCTKR2018013203-appb-I000069
에서의 포논 역학관계(dynamics)는 '포논 강화(phonon stiffening)'로 설명할 수 있다. 이때, 도 11의 비대칭
Figure PCTKR2018013203-appb-I000070
는 Fano 간섭의 산물이 아니다.
Fano-커플링 파라미터 v를 변경하더라도 비대칭
Figure PCTKR2018013203-appb-I000071
스펙트럼을 재현하지 못한다는 것을 알 수 있다. 도 13은 포논 주파수의 변화
Figure PCTKR2018013203-appb-I000072
와 포논 선폭
Figure PCTKR2018013203-appb-I000073
의 변화가 표시되는 위상절연체 플라즈몬 구조물(10)의 이러한 동작을 요약한다.
Figure PCTKR2018013203-appb-I000074
<
Figure PCTKR2018013203-appb-I000075
일 때, 상당량의
Figure PCTKR2018013203-appb-I000076
는 무시할만한
Figure PCTKR2018013203-appb-I000077
로 명확하게 나타난다. 반면,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000078
이
Figure PCTKR2018013203-appb-I000079
를 초과하면,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000080
가 급격히 감소하고
Figure PCTKR2018013203-appb-I000081
가 0.02THz 이상으로 증가되는 것을 볼 수 있다.
α 모드 1.9THz 포논을 가로 지르는 가파른 변환은 그래핀의 전자-홀 쌍 여기를 통한 광학 포논의 랜도(Landau) 댐핑을 연상시킨다. 이 경우, 포논과 디랙 페르미온의 결합은 증가 된 포논의 댐핑과 포논 에너지의 재규격화(renormalization)를 보여준다. 도 13의 음영 영역은 α 모드 포논의 랜도(Landau) 감쇠 영역을 나타낸다. 그래핀과 비교되는 한 가지 차이점은 위상절연체 포논의 랜도 댐핑은 디랙 페르미온의 밀도 또는 전자 온도에 의존하지 않는다는 것이다. 왜냐하면 위상절연체의 페르미(Fermi) 레벨은 α 모드 포논보다 수백 배 더 크기 때문이다. 오히려,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000082
에 대한
Figure PCTKR2018013203-appb-I000083
의 강한 의존성은 위상절연체 포논의 감쇠율이 2차원 디랙 플라즈몬 공진의 E(v)에 영향을 받음을 의미하며, 그 영향은 광 여기 후에 가장 강하게 나타난다. 광 여기는 벌크 포논 모드(bulk phonon mode)가 표면 전자 상태와 더 결합되도록 만든다.
도 14는 두 개의 다른 영역을 개략적으로 도시한 것으로서, 좌측은 2차원 디랙 플라즈몬이
Figure PCTKR2018013203-appb-I000084
<
Figure PCTKR2018013203-appb-I000085
인 경우이고, 우측은
Figure PCTKR2018013203-appb-I000086
>
Figure PCTKR2018013203-appb-I000087
인 경우이다. 다른 Δt에서 2차원 디랙 플라즈몬과 포논 간의 동적 상호 작용을 더 자세히 조사하기 위해, 길이(L)=12μm(S12) 및 길이(L)=6μm(S6) 인 두 개의 선택된 요입된 진동제어부재(110)에 대해 시간-분해(time-resolved) 된 THz 분광학을 수행하였다(도 15). 도 15에 도시된 시간-분해 된 ΔE(v) 스펙트럼도 도 9의 ΔE(v)와 유사한 2차원 디랙 플라즈몬의 넓은 소멸 및 포논 소멸의 빠른 변화로 구성된다. 주파수에 따른 ΔE(v) 기울기의 상승 형태는 광학적으로 여기 된 전자가 재결합 될 때 수 피코 초(ps) 이내에 완화되는
Figure PCTKR2018013203-appb-I000088
의 청색 시프트(blue-shift)를 의미한다.
Fano 모델을 이용하여 두 샘플의
Figure PCTKR2018013203-appb-I000089
을 Δt의 함수로 추출했다. 그 결과가 도 16에 나타나 있는데, 여기서 S12는 모든 Δt에 대해
Figure PCTKR2018013203-appb-I000090
보다 작게 나타났으며, S6는 모든 Δt에 대해
Figure PCTKR2018013203-appb-I000091
보다 더 높게 나타났다.
Figure PCTKR2018013203-appb-I000092
가 약 1.9THz이기 때문에, S12에 대한
Figure PCTKR2018013203-appb-I000093
은 초기 Δt에서도 항상
Figure PCTKR2018013203-appb-I000094
보다 작다.
Figure PCTKR2018013203-appb-I000095
의 완화 역학관계는 S12와 S6사이에서 상당히 유사하며, 이는 광학 여기 후
Figure PCTKR2018013203-appb-I000096
의 변화가 위상절연체의 본질적인 비평형 디랙 페르미온 이완(relaxation)에 기인한 것으로 판단된다. 2차원 디랙 플라즈몬 분산으로부터 얻은 도 16의 우측 상부 그림에서 시간 의존적인
Figure PCTKR2018013203-appb-I000097
는 도 8의
Figure PCTKR2018013203-appb-I000098
의 이완 역학관계에 매우 가깝다.
이제 S12와 S6의
Figure PCTKR2018013203-appb-I000099
와
Figure PCTKR2018013203-appb-I000100
의 시간 종속적인 역학관계에 대해 검토한다. 도 17은 S12 및 S6에 대한 포논 댐핑을 보여준다. S12에 대한 포논 폭은 항상 Δt에서 항상 S6보다 크다. 즉, 2DEG 경우의 사소한 포논 확장과 유사하다. 이론이 예측했듯이, 밴드 벤딩-유도된(band bending-induced) 2차원 전자가 주요 원인이다. 이는 S12에 대한
Figure PCTKR2018013203-appb-I000101
의 이완 시간이 ~4ps 정도이며 시간 상수가 광학적으로 여기 된 2DEG의 시간 상수와 매우 유사하다는 사실에 의해 뒷받침 된다(도 16의 우측 상부 그림 참조).
S6의 경우, 랜도 댐핑이 S12보다 덜 효과적이므로
Figure PCTKR2018013203-appb-I000102
는 물론
Figure PCTKR2018013203-appb-I000103
도 S12와 상이해야한다. S6에 대한 과도
Figure PCTKR2018013203-appb-I000104
는 S12보다 훨씬 느린 완화 시간 (~21ps)을 나타내며 최대 값은 ~ 0.06THz에 이른다. S6에서의 작지만 유한한
Figure PCTKR2018013203-appb-I000105
는 광학 여기 후 증가된 격자 온도(TL)로서 이해 될 수 있다.
단순한 2-온도 모델(two-temperature model)에 따르면, 광학 여기는
Figure PCTKR2018013203-appb-I000106
에서 1100K 이상에 도달하는 전자 온도(Te)의 급격한 증가로 이어지고 전자 온도(Te)의 냉각은 격자 온도(TL)의 증가를 초래한다.
결과적으로 뜨거운 포논의 냉각 역학관계(cooling dynamics)는 느린
Figure PCTKR2018013203-appb-I000107
과도 현상을 제어할 수 있다. 이는 도 17의 우측 상단 그림에 나타난
Figure PCTKR2018013203-appb-I000108
역학관계에 의해서도 지원된다. 포논 보강(phonon stiffening)의 명확한 특징은 S6에서만 볼 수 있다. 랜도(Landau) 댐핑을 종료하면 S6이 전자-포논 상호 작용에 대하여 더 이상 분리되지 않게 된다. S6에 대한
Figure PCTKR2018013203-appb-I000109
와
Figure PCTKR2018013203-appb-I000110
사이의 ~21ps의 느린 완화 시간의 유사성은 시간적 역학관계가 S6의 경우와 다르다는 것을 입증한다.
결론적으로 디랙 캐리어-포논(carrier-phonon) 상호 작용은 2차원 디랙 플라즈몬 공진
Figure PCTKR2018013203-appb-I000111
을 조작하여 제어할 수 있음을 입증하였다.
Figure PCTKR2018013203-appb-I000112
이
Figure PCTKR2018013203-appb-I000113
보다 낮을 때, 일시적인 ΔE(v) 스펙트럼에서 포논 확장(phonon broadening)이 지배적임을 관찰할 수 있다.
Figure PCTKR2018013203-appb-I000114
의 증가는 전자-포논 결합을 통한 포논의 랜도(Landau) 감쇠를 의미한다. 대조적으로,
Figure PCTKR2018013203-appb-I000115
이
Figure PCTKR2018013203-appb-I000116
보다 높으면 억제된 전자-포논 결합이 관찰되어, 포논 경화가 발생된다.
이 실험은 전자와 포논의 결합이 2차원 디랙 플라즈몬에 따라 크게 상이하다는 것을 나타낸다. 이것은 2차원 기반의 플라즈몬에 의해 제어되며, 이는 위상절연체 기반 전자 및 위상절연체 플라즈몬 응용에 도움이 된다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상절연체 구조물(10)은 트랜지스터에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상절연체 구조물(10)이 적용된 트랜지스터는 기판(20)과, 기판(20) 위에 위치한 위상절연체 구조물(10)과, 위상절연체 구조물(10) 위에 위치한 드레인 전극(30)과, 드레인 전극(30)과 이격되고 위상절연체 구조물(10) 위에 위치하는 소스 전극(40)과, 소스 전극(40) 위에 위치하는 터널접합층(50)과, 터널접합층(50) 위에 위치하는 게이트 전극(60)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 실시예의 트랜지스터는 n형 트랜지스터처럼 작동한다.
기판(20)의 소재는 실리콘(Si)이 사용된다. 기판(20) 위에는 위상절연체 구조물(10)이 층을 형성한다. 위상절연체는 표면에만 전류가 흐르므로, 이러한 특성을 이용하여 전자의 스핀을 특정 방향으로 정렬할 수 있다. 그 결과, 게이트 전극(60)을 통하여 입력되는 게이트 전압에 따라 소스 전극(40)의 스핀 방향을 제어할 수 있게 된다. 이를 위하여, 소스 전극(40)의 소재로서 강자성체가 이용될 수 있다. 절연체인 터널 접합층은 소스 전극(40) 위에 위치하고, 게이트 전극(60)은 터널 접합층 위에 위치한다. 게이트 전극(60)의 스핀 방향은 동작중에 변하면 안되므로 소스 전극(40)의 소재보다 큰 보자력을 가지는 강자성체가 사용되는 것이 바람직하다. 따라서, 게이트 적극에 인가되는 전압에 따라 소스 전극(40)의 스핀 방향이 변화되므로, 이를 이용해 드레인 전극(30)을 통하여 상이한 출력값을 얻을 수 있게 된다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상절연체 구조물은 솔라셀에 적용될 수 있다. 솔라셀은 전자기파가 수신되면 전기를 발생시키는 발전부재(10)와, 발전부재(10)에서 생성된 전기가 출력되는 전극(30, 40)을 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 위상절연체 구조물이 적용된 솔라셀은 기판(20)과, 기판(20) 위에 위치한 위상절연체 구조물(10)을 포함하는 발전부재와, 발전부재의 양편에 연결된 전극(30, 40)을 포함한다. 전극 중 어느 하나는 전류가 출력되는 소스 전극(40)이고, 다른 하나는 드레인 전극(30)이 된다. 위상절연체 구조물(10)을 포함하는 발전부재에 전자기파가 수신되면 전류의 흐름이 발생되는데, 특히, 위상절연체 구조물(10)에 진동제어부재(110)가 패터닝 되어있으면 전자기파와 전류의 전화 효율이 더욱 상승되는 효과가 발생된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims (21)

  1. 상부 중간에 돌출 또는 요입된 진동제어부재가 형성된 사각의 셀을 포함하고,
    다수의 상기 셀이 좌우 및 상하방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동제어부재는 길이가 너비보다 긴 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 진동제어부재와 상기 셀은 길이방향으로 서로 나란하게 형성된 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 셀의 너비방향의 양측 가장자리에서부터 상기 진동제어부재까지의 이격된 총 거리는 상기 진동제어부재의 길이와 일치한 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 셀의 길이방향의 양측 가장자리에서부터 상기 진동제어부재까지의 이격된 총 거리는 상기 진동제어부재의 너비와 일치한 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 셀의 너비방향의 일측 가장자리에서부터 상기 진동제어부재까지의 이격된 거리(a)와, 상기 셀의 길이방향의 일측 가장자리에서부터 상기 진동제어부재까지의 이격된 거리(b)와, 상기 진동제어부재의 길이(L) 및 너비(w)는 L+2b=w+2a의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 진동제어부재의 길이는 1μm 내지 20μm인 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 위상절연체 구조물은
    Figure PCTKR2018013203-appb-I000117
    ,
    Figure PCTKR2018013203-appb-I000118
    ,
    Figure PCTKR2018013203-appb-I000119
    중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 위상절연체 구조물은
    포토 리소그래피(photo-lithography) 공법으로 제조된 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물.
  10. 기판 위에 위상절연체층을 위치시키는 단계;
    포토 리소그래피(photo-lithography) 공법으로 상기 위상절연체층에 일정하게 배열되어 돌출 또는 요입된 진동제어부재를 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기판 위에 위상절연체층을 위치시키는 단계는
    분자선 에피턱셜법(molecular beam epitaxy)을 이용하여 상기 기판 위에 상기 위상절연체층이 성장되는 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 위상절연체층은
    Figure PCTKR2018013203-appb-I000120
    ,
    Figure PCTKR2018013203-appb-I000121
    ,
    Figure PCTKR2018013203-appb-I000122
    중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 위상절연체층은 10nm 내지 100nm의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물의 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 위상절연체층에 진동제어부재를 형성시키는 단계는
    UV-lithography 및 ion-etching을 이용하여 식각시키는 것으로 실시되는 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물의 제조 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 진동제어부재는 길이가 너비보다 긴 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 진동제어부재의 길이는 상기 진동제어부재와 너비 방향으로 인접한 다른 진동제어부재와의 거리와 일치하는 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 진동제어부재의 너비는 상기 진동제어부재와 길이 방향으로 인접한 다른 진동제어부재와의 거리와 일치하는 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물의 제조 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 진동제어부재의 길이(L) 및 너비(w)와, 상기 진동제어부재와 너비 방향으로 인접한 다른 진동제어부재와의 거리(2a)와, 상기 진동제어부재와 길이 방향으로 인접한 다른 진동제어부재와의 거리(2b)는 L+2b=w+2a의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물의 제조 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 진동제어부재의 길이는 1μm 내지 20μm인 것을 특징으로 하는 위상절연체 구조물의 제조 방법.
  20. 기판과;
    상기 기판 위에 위치한 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 위상절연체 구조물;
    상기 위상절연체 구조물 위에 위치한 드레인 전극;
    상기 드레인 전극과 이격되고, 상기 위상절연체 구조물 위에 위치하는 소스 전극;
    상기 소스 전극 위에 위치하는 터널접합층;
    상기 터널접합층 위에 위치하는 게이트 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 트랜지스터.
  21. 전자기파가 수신되면 전류가 발생되는 발전부재와, 상기 발전부재와 연결된 적어도 두 개의 전극을 포함하는 솔라셀에 있어서,
    상기 발전부재는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 위상절연체 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라셀.
PCT/KR2018/013203 2018-01-04 2018-11-01 격자진동을 제어할 수 있는 위상절연체 구조물과 그것을 포함하는 트랜지스터 및 솔라셀 WO2019135480A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2018-0001238 2018-01-04
KR1020180001238A KR102052105B1 (ko) 2018-01-04 2018-01-04 격자진동을 제어할 수 있는 위상절연체 구조물과 그것을 포함하는 트랜지스터 및 솔라셀

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019135480A1 true WO2019135480A1 (ko) 2019-07-11

Family

ID=67143864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/013203 WO2019135480A1 (ko) 2018-01-04 2018-11-01 격자진동을 제어할 수 있는 위상절연체 구조물과 그것을 포함하는 트랜지스터 및 솔라셀

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102052105B1 (ko)
WO (1) WO2019135480A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110019551A (ko) * 2009-08-20 2011-02-28 고려대학교 산학협력단 나노와이어 트랜지스터 제작 방법
KR20140027958A (ko) * 2011-03-22 2014-03-07 더 유니버시티 오브 맨체스터 트랜지스터 소자 및 제조를 위한 물질들
US20150255661A1 (en) * 2014-03-06 2015-09-10 The Regents Of The University Of Michigan Plasma-assisted techniques for fabricating semiconductor devices
KR20170009109A (ko) * 2015-07-15 2017-01-25 한국과학기술연구원 위상 절연체를 포함하는 트랜지스터
JP2017108119A (ja) * 2015-12-09 2017-06-15 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 半導体素子

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101605338B1 (ko) 2014-10-02 2016-03-23 서울시립대학교 산학협력단 토폴로지컬 절연체를 이용한 네거티브 커패시터를 구비하는 트랜지스터 및 그 제조 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110019551A (ko) * 2009-08-20 2011-02-28 고려대학교 산학협력단 나노와이어 트랜지스터 제작 방법
KR20140027958A (ko) * 2011-03-22 2014-03-07 더 유니버시티 오브 맨체스터 트랜지스터 소자 및 제조를 위한 물질들
US20150255661A1 (en) * 2014-03-06 2015-09-10 The Regents Of The University Of Michigan Plasma-assisted techniques for fabricating semiconductor devices
KR20170009109A (ko) * 2015-07-15 2017-01-25 한국과학기술연구원 위상 절연체를 포함하는 트랜지스터
JP2017108119A (ja) * 2015-12-09 2017-06-15 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 半導体素子

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190083507A (ko) 2019-07-12
KR102052105B1 (ko) 2019-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rice et al. Weakly pinned Fröhlich charge-density-wave condensates: a new, nonlinear, current-carrying elementary excitation
Kaplit et al. Capacitance observations of Landau levels in surface quantization
Neumann Slow domains in semi-insulating GaAs
Bate et al. Paraelectric behavior of PbTe
WO2017052196A1 (ko) 전기쌍극자의 공간채움을 이용한 광대역 초고굴절률 중시 결정 구조체 및 이를 이용한 광학 장치
Torres et al. Observations of confined acoustic phonons in silicon membranes
Pernice et al. Design of a silicon integrated electro-optic modulator using ferroelectric BaTiO 3 films
Khurgin Current induced second harmonic generation in semiconductors
Duprez et al. Dynamical Coulomb blockade under a temperature bias
WO2019135480A1 (ko) 격자진동을 제어할 수 있는 위상절연체 구조물과 그것을 포함하는 트랜지스터 및 솔라셀
Fang et al. Shape-optimized electrooptic beam scanners: experiment
Wu et al. Near‐Field Photodetection in Direction Tunable Surface Plasmon Polaritons Waveguides Embedded with Graphene
Hemme et al. Elastic properties assessment in the multiferroic BiFeO3 by pump and probe method
Pogosov et al. Thermomagnetic effect in a two-dimensional electron system with an asymmetric quantizing potential
Kityk et al. Spontaneous and electric field induced quadratic optical nonlinearity in ferroelectric crystals AgNa (NO2) 2
French Effect of a uniform electric field upon the optical absorption of semi-insulating gallium arsenide
Gumbs et al. Interaction of surface acoustic waves with a narrow electron channel in a piezoelectric material
Jhabvala et al. Advanced substrate thinning process for GaAs-based devices
Grayli et al. Infrared photo-resistors based on recrystallized amorphous germanium films on flexible substrates
Culshaw Invited Paper Silicon In Optics
Esposito et al. Effects of voids on the thermal magnetoresistivity of metals
Rechtsman High chern numbers in photonic crystals
Chaika et al. Interaction of light with space charge waves
Song et al. Ultra-sensitive terahertz introduced harmonic emission towards terahertz detection
Xie et al. A half-wave voltage regulation method of electro-optic crystal based on center-symmetric electrodes and arbitrary direction electric field

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18898275

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18898275

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1