Christoph Friedrich Deneke 박사
LNNano, 브라질 나노기술 국립 연구소

Christoph Friedrich Deneke 박사와 LNNano소속 학생들

Christoph Friedrich Deneke 박사 인터뷰

어떤 과학 분야에 관심을 기울이고 계시고, 어떤 종류의 연구를 진행하고 계십니까?

우리 연구 그룹은 브라질 나노기술 국립 연구소(LNNano)에 소속되어 있으며 스캐닝 프로브 현미경(SPM) 시설을 운영하고 있습니다. 이 시설은 개방형으로 운영되고 있으며 사내 연구 또한 이곳에서 이루어지고 있습니다. 우리 그룹의 관심 영역은 반도체 에피택시에 초점을 맞춘 응집물질 물리학부터 일반 재료 과학 및 설비 사용자들에게 받은 시료 표면 특성 분석까지 넓은 분야를 아우르고 있습니다. 좀 더 자세히 설명하자면, 우리는 유연한 막 위에 놓인 InGaAs 시스템에서 형성되는 자기 조립 나노구조를 연구할 뿐만 아니라, 강철의 자기적 특성 분석부터 그래핀 옥사이드 또는 셀룰로스에서 얻은 중합체와 같이 다양한 시스템의 전기적 특성 분석에까지 적용될 수 있는 일반 스캐닝 프로브 현미경 기술 또한 연구하고 있습니다.

본인의 연구에 대한 설명과 그 연구 결과로 얻을 수 있는 것은 무엇인지 말씀해 주시겠습니까?

우리의 사내 연구는 분자빔 에피택시(MBE)에 집중되어 있습니다. 수년전 네이처 나노기술지에 게재된 논문에서 지적한 바와 같이, MBE는 나노기술의 여러 원천 기술 가운데 하나입니다. 헤르테로 구조로 불리는 이 기술은 서로 다른 반도체 재료가 완벽하게 결정 성장을 이루도록 하여 이종구조를 만들어 냅니다. 이 구조는 오늘날 레이저와 이종 접합 양극성 트랜지스터와 같이 고품질의 전기, 광학 그리고 전자-광학 기기를 만드는데 사용되고 있습니다.

우리는 III-V 시스템에서 반도체 이종 구조의 결정 성장을 연구하고 있습니다. 고전적인 에피택시에서는 벌크 반도체 웨이퍼가 재료 증착에 사용되지만 우리는 유연하고 매우 얇은 반도체 막을 기판으로 사용하려고 하는데 우리 연구는 재료가 이 새로운 기판 위에서 어떻게 반응을 보이는지를 이해하는 기초적인 결정 성장 연구로부터 출발하여 이미 잘 알려진 III-V 시스템의 기기 구조를 이 기판 위에 구현해 내는 것을 목표로 하고 있습니다.

우리는 이 유연한 기판이 새로운 종류의 반도체 기기를 제작하는 것을 가능하게 해 줄 것으로 기대하고 있습니다. 우리는 이 기판 위에서 고전적인 벌크 웨이퍼 기판 위에서는 성장시킬 수 없는 독특한 이종 구조를 성장시킬 수 있다고 생각합니다.

왜 이와 같은 연구가 현대 사회에서 중요한가요?

현대 컴퓨터와 반도체 기술의 동향은 더욱 강력한 융합을 요구하고 있습니다. 더욱이 우리는 환경에 대한 에너지 사용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 고객 응용 분야에서도 불평을 해소해 나가야할 것입니다. 모두 스마트폰의 전지가 너무 빨리 소모된다고 불평하고 있지 않습니까? 우리는 우리의 연구를 통해 융합과 생산에 소요되는 자원을 줄여 에너지를 더 적게 사용하는 컴퓨터를 만들게 됨으로써 이러한 요구 사항을 만족하게 할 수 있기를 바라고 있습니다. 개방형 사용자 시설을 운영하는 일은 새로운 세대의 브라질 과학기술 연구자들을 교육하고 해당 연구 분야의 종사자들이 필요한 실험 결과를 얻을 수 있도록 도움으로써 브라질 사회에 직접 도움을 주고 있습니다.

브라질 나노기술 국립 연구소 (LNNano)의 Christoph Friedrich Deneke 박사, LNNano의 계면 과학 연구실에서 Park NX10을 배경으로 찍은 사진

원자현미경은 연구에 어떻게 이용하고 계십니까?

우리는 사내 연구에서 재료의 증착 이후에 샘플 지형 이미지를 얻는데 원자현미경을 사용하고 있습니다. 원자현미경은 샘플의 품질을 판별하고 증착 재료의 확산 특성을 분석하며 어떻게 에피택시 성장에 영향을 미치는 매개 변수들을 조정해야 하는지를 이해할 수 있게 해주는 표준 도구입니다. 우리는 우리 시설 사용자들에게 전기력 현미경(electric force microscopy)이나 켈빈 힘 현미경(Kelvin force microscopy)과 같이 중요한 여러 종류의 원자현미경 기반 기술을 제공하고 있습니다. 작년에는 정전 결합을 통해 샘플에 대한 새로운 통찰력을 제공해 주는 기존 기술을 재발견하기 시작했습니다.

파크시스템스 원자현미경의 기능 중 가장 성공적이라고 평가하는 기능은 무엇이며 그 기능을 연구에 어떻게 이용하고 계십니까?

우리는 고품질의 표준 원자현미경 이미지를 매우 쉽게 얻을 수 있도록 해주는 Park SmartScan 소프트웨어를 아주 마음에 들어 합니다. 더욱이 현재 우리가 보유하고 있는 3대의 원자현미경 중에서 Park NX 10가 보여주는 기능의 유연성은 우리에게 매우 중요합니다. 현재 적용 가능한 여러 기술 뿐만 아니라 이 장비에 통합돼있는 3번째 락인 기능은 우리가 EFM 측정과 정전 결합 기술을 수행하려 할 때 Park NX10을 가장 먼저 선택하게 됩니다.

원자현미경을 사용하는 데 있어서 앞으로 어떻게 발전을 이루어 가야 하는지 의견을 말씀해 주시겠습니까?

사용자 친화적인 인터페이스와 소프트웨어가 대단히 중요한 부분이라고 봅니다. 우리 시설 사용자 중에는 치과학, 유기 화학 또는 고고학과 같이 기존에 원자현미경을 사용하지 않던 AFM분야의 연구자들이 많이 있는데 새로운 Park SmartScan 소프트웨어가 매우 간편한 인터페이스를 제공하여 그런 AFM분야가 아닌 사용자들이 원자현미경을 쉽게 이용할 수 있도록 합니다. 하지만 MFM 또는 EFM과 같은 시스템을 이용할 때에는 그와 같은 사용자 편의성이 결여되어 있어서 불편을 겪고 있습니다. 현재 우리 그룹이 이런 연구자들이 해당 시스템에서 자료를 수집하고 평가하는 것을 돕고 있는데 해당 시스템을 위한 보다 간편한 소프트웨어와 인터페이스가 개발된다면 해당 시스템은 새로운 그룹의 사용자를 다수 확보할 수 있게 될 것입니다.

지금 진행 중인 연구가 어떤 과학 지식 분야에 혜택을 줄 수 있습니까?

우리의 연구는 광범위한 영역의 고전적 나노과학 또는 나노기술과 반도체 과학에 주로 공헌하고 있습니다. 우리는 자기 조립 나노구조를 현재 운용 중인 반도체 기기에 통합하는 방법에 대한 이해를 높이고 있습니다.

하고 계신 연구를 산업 분야에는 어떻게 적용할 수 있습니까?

반도체 산업 분야는 현재 III-V 재료를 클래식 실리콘 구조에 통합하기 위해 분투하고 있습니다. 컴퓨터 칩과 메모리 장치를 만드는 것은 엄청나게 복잡한 문제이기 때문에 우리가 이 문제를 바로 해결한다기보다 앞으로 이 문제 해결을 위해 접근할 수 있는 가능한 방법을 보여줌으로써 이 분야에 공헌하고자 합니다.

지금 연구 분야에서는 앞으로 어떤 개발이 이루어질까요?

지난 과거는 MBE와 반도체 에피택시가 나노기술과 정보처리의 한 근간을 이루고 있음을 보여주었습니다. 저는 앞으로도 계속 그럴 것이라고 보고 있고 우리는 이에 발맞추어 기초 연구 분야뿐만 아니라 산업 분야의 반도체 인력을 여러 세대에 걸쳐 교육해 나가야 할 것입니다. 과학기술 연구 환경에서는 기초 연구로부터 기기 중심의 연구로 그 중심이 점차로 옮겨가면서 이 분야가 더욱 기기 및 응용 중심으로 되어가고 있다는 것을 보여주고 있는 것 같습니다.