충격파 유동을 이용한 Zinc Telluride(ZnTe) 소재의 가역적 상전이 유도 현상 규명

미래 전자/광소자 핵심 소재로 활용 기대

충격파및기체역학 실험실의 김익현 교수 연구팀이 진행한 최신 연구에 따르면, Zinc Telluride(ZnTe) 소재가 Mach 1.5의 충격파 유동 조건 하에서 0.59 MPa의 압력과 520 K의 온도 환경에 노출될 때, 그 결정 구조와 전자 밴드갭이 일시적으로 변화되었다가 다시 원래 상태로 복원되는 ‘가역적 상전이’ 및 ‘조정 가능한 밴드갭’ 현상이 확인되었다.

이번 연구는 세계 권위의 학술단체인 영국왕립화학회에서 발간하는 국제학술지 Dalton Transactions (ISSN:1477-9234) 논문지에 'Reversible phase transition and tunable band gap in zinc telluride induced by acoustic shock exposure' 라는 제목으로 게재됐다.

ZnTe는 뛰어난 반도체 특성 덕분에 광학, 에너지, 방사선 감지, 고출력 전자소자 등 다양한 공학 분야에서 핵심 소재로 자리 잡고 있다. 이번 연구 결과는 충격파 유동을 활용한 재료의 특성 제어가 차세대 전자 및 광학 소자 개발에 중요한 기여를 할 수 있음을 시사한다.

연구진은 Mach 1.5의 충격파 유동을 이용하여, 0.59 MPa의 압력, 520 K의 온도 조건 하에서 ZnTe에 100회부터 400회까지 충격 펄스를 가해 재료의 특성 변화를 관찰하였다. X선 회절(PXRD) 분석 결과, ZnTe는 300회의 충격 후 기존의 큐빅 결정 구조(F-43m)에서 다른 큐빅 구조(Fm-3m)로 전이되었으나, 400회의 충격 후에는 원래의 구조가 복원되는 가역적 상전이를 나타내었다. 또한, Raman 분광법, UV-DRS, PL 분광법 등의 다각적 분석 기법을 통해, 충격파에 의해 ZnTe의 밴드갭이 변화하는 현상을 규명하였으며, 특히, 300회의 충격에서 밴드갭이 눈에 띄게 조정되고 400회의 충격 후 다시 원래의 상태에 가까워지는 결과를 나타내었다. 이와 함께, 미세구조 분석에서는 재료의 형태가 충격파에 따라 불규칙한 형상에서 평판 모양으로 변화하는 등 뚜렷한 형태학적 변화도 확인되었다.

연구진은 "ZnTe에 충격파 유동을 통해 재료의 결정 구조와 전자 특성을 일시적으로 변화시키고, 다시 복원할 수 있다는 점은 매우 인상적이고 이러한 가역적 변화 현상은 향후 고성능 전자 및 광학 소자의 특성 제어에 새로운 가능성을 열어줄 것으로 기대한다"고 밝혔다.

관련눈문 링크: https://doi.org/10.1039/D4DT03393K