그라핀 나노리본은 독특한 전기적 특성으로 인하여 차세대 나노 소자용 신소재로 주목을 받고 있으며 리본의 폭과 가장자리 구조에 따라 여러 가지 다른 특성을 나타낸다고 알려져 있다. 우리는 Scanning Tunneling Microscopy(STM) 실험을 통하여 기울어진 6H-SiC(0001) 면 위에서 그라핀 나노리본의 성장 가능성을 조사하고 성장된 그라핀 나노구조의 가장자리에서 나타나는 구조에 대하여 연구하였다. 그라핀 성장의 초기 단계에서는 리본 형태의 그라핀 나노 구조를 볼 수 있었으나 그라핀 성장 과정을 거치면서 SiC 기판의 잘 정렬된 계단 구조가 망가져서 그라핀 나노리본 배열의 형성에는 한계가 있음을 확인할 수 있었다. 원자 수준의 STM 이미지를 통해서 그라핀 나노 구조의 가장자리에서 큰 육각형 형태의 양자 간섭 무늬를 관찰하였는데 이러한 형태는 흑연 위의 그라핀 나노 조각에 대한 연구에서 관찰된 것과 동일한 것으로 Armchair 형태의 가장자리 구조의 경우에 형성된다고 알려져 있다.[1] 이로부터 SiC(0001) 표면위에 형성된 그라핀 나노 구조의 경우에도 Armchair 형태의 가장자리 구조가 더 안정적임을 알 수 있었다. 이러한 구조의 국소 전자 구조에 대하여 알아보기 위하여 Scanning Tunneling Spectroscopy 측정도 함께 수행하였다.
최근 우리 사회에서도 동물의 복지나 권리를 옹호하는 서양 철학자들의 논의가 많이 소개되고 있다. 예컨대 피터 싱어의 동물해방론, 톰 리건의 동물권리론, 제임스 레이첼즈의 도덕적 개체주의가 그것이다. 흥미 있는 사실은 이들 모두가 자신들의 입장을 정당화하기 위해 공통의 논증방식을 사용하고 있는데, 다름 아닌 '가장자리 경우 논증'이라고 불리는 논증이다. 이 논증은 동물에 대한 인간의 도덕적 지위를 결정함에 있어서 정상으로 부터 심각하게 벗어난 인간들을 이용하여 동물들의 지위를 높이는 논증방식을 말한다. 싱어, 리건 그리고 레이첼즈가 전가의 보도처럼 휘두르는 가장자리 경우 논증이 허술한 논증임이 밝혀진다면, 그 논증에 의지하고 있는 동물해방론, 동물권리론 그리고 도덕적 개체주의도 붕괴될 것이다. 필자는 이 글에서 첫째로, 싱어, 리건, 레이첼즈가 가장자리 경우 논증을 사용하여 자신들의 주장을 펼치는 구체적인 논의 맥락들을 검토할 것이다. 둘째로, 가장자리 경우 논증을 비판적으로 분석할 것이다. 그리하여 가장 자리 경우 논증을 이용하여 '종'들 간의 차이를 부정하려는 시도는 실패했음을 보일 것이다. 셋째로 '종' 개념의 복권을 통해 가장자리 인간들의 도덕적 지위를 새롭게 복원하는 방법을 타진해볼 것이다.
이 연구에서는 원자 궤도 함수 기반 DFT 전자구조 계산을 이용해서 최근 각광받고 있는 이차원 물질인 MoS2 monolayer의 S 자리와 Mo 자리에 각각 전자가가 다른 원자를 치환하였을 때의 도핑 특성을 Density of States (DOSs)와 밴드구조 등의 전자구조를 통해 분석해 보았다. S자리에 Cl, Si, I, B, C, Mo 자리에는 Hf, Ta, 그리고 Re을 치환해 보았으며 계산 결과 S자리에 Cl을 치환했을 때 가장 얕은 acceptor level (VBM으로부터 0.08 eV)이 형성되었으며, Mo자리에 Re를 치환했을 때에는 resonant state를 형성하였다. 또한 Mo자리에 Ta를 치환했을 ? 가장 얕은 donor level (CBM으로부터 0.02 eV)가 형성되었다.
광도의 기본 단위인 칸델라(Candela) 눈금은 물론 복사조도(irradiance), 조명도(illuminance)와 같은 유도 단위를 실현하기 위해서는 검출기의 시야를 한정하는 개구면적의 정밀한 측정이 필요하다. 여기에서는 가장자리의 광학적 검출방법에 의한 개구면적의 산출방식을 소개하고, 가우시안광에 의한 면적 측정법의 측정값과도 비교하여 그 결과를 보여준다. 기존의 개구 면적 측정방식으로 한가지 방법은 탐촉자를 물리적으로 접촉시켜서 개구의 가장자리를 결정하고, 개구의 기하학적 모양을 원으로 가정하여 면적을 산출하는 방식이 있는데, 이 방법을 사용하면 기계적인 접촉에 의하여 칼날과 같았던 개구의 가장자리가 손상을 입게 되기 때문에 측정이 잘못되는 것은 물론이고, 이렇게 측정된 개구를 사용하게되면 손상된 부위에 의한 면적의 변화와 이로 인한 산란이 증가하게 된다. (중략)
IC 패키지와 같이 두께가 수백 마이크로미터 정도로 매우 얇은 기판에서 뒤틀림 불량을 일으키는 가장 큰 원인은 응력이다. 일반적으로 응력은 기판 위에 서로 다른 물질을 적층할 때, 결정구조 및 그에 따른 열팽창 계수의 차이로 인해 발생한다. 본 연구에서는 사각형의 박막 패턴이 적층된 기판에 발생하는 응력의 거동을 수치적으로 분석하였다. 먼저 기판 변위를 구하고, 이를 이용하여 기판 변형률과 응력을 구하였다. 박막 패턴의 가장자리에 인장력이 집중된 경우, 박막 패턴의 가장자리를 중심으로 수직 응력과 전단 응력이 발생한다. 수직 응력은 박막 패턴의 가장자리와 꼭짓점 부근에 발생한다. 전단 응력도 박막 패턴의 가장자리를 중심으로 발생하나 수직 응력과는 달리 꼭짓점 부근에는 나타나지 않는다. 또한 가장자리를 중심으로 전단 응력의 크기와 방향이 바뀌는 것을 확인할 수 있었다. 박막패턴 가장자리 힘이 동일할 때, 수직 응력은 전단 응력에 비해 10배 정도의 값을 나타내었다. 이는 뒤틀림 불량을 일으키는 가장 큰 원인이 수직 응력임을 나타낸다.
플라즈마를 이용하는 건식 식각 또는 박막 증착 장비(PECVD)의 경우 웨이퍼에 rf bias를 인가하여 이온의 에너지와 입사각을 조절한다. 종래에는 웨이퍼의 가장 자리 3 mm영역을 공정 대상에서 제외하는 exclusion area로 지정하였으나 점차 공정 기술의 발달로 2 mm 이내로 감소하고 있다. 따라서 웨이퍼의 가장 자리에서 발생하는 전기장의 방향 및 크기 변화를 조절할 수 있는 기술의 개발이 필요하게 되었으며 그중 핵심적인 부품이 Si 또는 SiC로 제작되는 edge ring이다. Focus ring이라고도 불리는 이 부품은 웨이퍼 상에서 반경 방향으로 흐르는 가스의 유속이 가장 자리에 근접하면 빨라지는 현상과 이에 의해 식각/증착 화학 반응 속도가 증가하는 문제를 완화하기 위한 것과 적절한 전기 전도도를 부여함으로써 가장 자리의 전기장 분포를 최적화 할 수 있는 새로운 설계 변수로 활용할 수 있다. 스퍼터링의 경우에도 웨이퍼 중앙과 주변 부는 마그네트론 음극의 회전 링과의 입체각이 차이가 나므로 가장 자리의 경우 트렌치나 홀의 내측이 외측에 비해서 증착막의 두께가 얇아지는 문제가 있으며 건식 식각의 경우 홀의 형상이 수직에서 벗어나는 경향이 발생할 수 있다. 또한 사용 시간에 비례해서 edge ring의 형상이 변화하는데 상대적으로 고가품이어서 교체 주기를 설정하는 보다 합리적 기준이 필요하다. 본 연구에서는 전산 유체 역학 모델을 사용하는 ESI사의 CFD-ACE+를 활용하여 edge ring의 형상과 재질이 갖는 영향을 전산 모사하기 위한 기초 작업을 그림 1과 같이 진행하였다. 2D-CCP model에 Ar 가스를 가정하고 비유 전율 10내외 전도도 $0.1/Ohm{\cdot}m$정도의 재질에 대한 용량성 결합 플라즈마에 대해서 계산을 하고 이 때 기판에 인가되는 고주파 전력에 의한 이온의 입사 에너지 분포 및 각도 분포를 Monte Carlo 방법으로 처리하여 계산하였다.
그래핀(graphene)의 가장자리(edge)는 결정구조의 배향성에 따라 지그재그(zigzag)와 안락의자 (armchair) 형태로 구분되는데, 나노미터 크기의 그래핀의 전자적 성질은 이러한 가장자리의 배향성에 의해 크게 영향을 받는다고 알려져 있다. 단일층 그래핀 가장자리 사이에서 일어나는 산화실리콘($SiO_2$)의 carbothermal reduction은 선택적으로 지그재그 형태의 가장자리를 생성한다고 알려져 있다. 본 연구에서는 라만 분광법과 원자 현미경(atomic force microscopy)을 이용하여 기계적 박리법으로 만들어진 이중층 그래핀에서 일어나는 carbothermal reaction을 연구하였다. 고온 산화 방법으로 이중층 그래핀에 원형 식각공(etch pit)을 만들고 Ar 기체 속에서 700도 열처리를 진행한 후, 원형 식각공이 육각형으로 확장된 것을 관찰하였다. 이것은 이중층 그래핀도 산화실리콘의 carbothermal reduction을 유발한다는 사실을 보여준다. 그러나 이중층 그래핀의 반응속도는 단일층보다 느린 것이 확인되었는데, 이는 이중층 그래핀의 탄소 원자와 산화제로 작용하는 산화실리콘 간의 평균 거리가 단일층보다 더 크다는 사실로 설명할 수 있다. 또한 본 연구에서는 반응기 내의 압력이 반응 속도에 미치는 영향과 식각공이 육각형으로 변해가는 과정에 대한 라만 분광 특성을 조사 및 분석하였다.
그래핀(graphene)의 가장자리(edge)는 결정구조의 배향성에 따라 지그재그(zigzag)와 안락의자(armchair) 형태로 구분되는데, 나노미터 크기의 그래핀의 전자적 성질은 이러한 가장자리의 배향성에 의해 크게 영향을 받는다고 알려져 있다. 단일층 그래핀 가장자리 사이에서 일어나는 산화실리콘($SiO_2$)의 carbothermal reduction은 선택적으로 지그재그 형태의 가장자리를 생성한다고 알려져 있다. 본 연구에서는 라만 분광법과 원자 현미경(atomic force microscopy)을 이용하여 기계적 박리법으로 만들어진 이중층 그래핀에서 일어나는 carbothermal reaction을 연구하였다. 고온 산화 방법으로 이중층 그래핀에 원형 식각공(etch pit)을 만들고 Ar 기체 속에서 700도 열처리를 진행한 후, 원형 식각공이 육각형으로 확장된 것을 관찰하였다. 이것은 이중층 그래핀도 산화실리콘의 carbothermal reduction을 유발한다는 사실을 보여준다. 그러나 이중층 그래핀의 반응속도는 단일층보다 5배 정도 느린 것이 확인되었는데, 이는 이중층 그래핀의 탄소원자와 산화제로 작용하는 산화실리콘 간의 평균 거리가 단일층보다 더 크다는 사실로 설명할 수 있다. 또한 단일층과 이중층 그래핀 모두 1 기압 Ar 분위기에서보다 진공상태에서 반응속도가 현저히 작다는 사실이 관찰되었다. 진공도와 온도에 따른 반응속도로부터 반응 메커니즘 및 활성화 에너지에 대해 고찰하고자 한다.
산림 벌채 후 형성되는 가장자리 효과의 발생 여부과 회복 과정을 이해하는 것은 생태계 천이와 경관 및 서식지의 공간 영향을 분석하고 이해하는 필수 요소임에도 불구하고, 우리나라에서 관련 주제의 실증 연구는 찾아보기 어렵다. 본 연구는 강원 남부 지역의 소나무림 벌채 후 1, 3, 10, 16년이 경과한 장소에 형성된 벌채지 및 임내 가장자리에서 비생물 및 생물 요인의 변화 양상을 선 (20개) 및 방형구 (340개) 조사법을 병용하여 조사하였다. 벌채 후 초기(3년 이내)는 가장 자리에서 인접 숲 내부 방향으로, 15m 깊이까지 식생 피도, 풍부도, 수관 열림도, 그리고 대기 온도 및 습도가 급격하게 변화하였다. 가장자리 형성 이후, 비생물 요인 및 식물 풍부도의 안정화는 각각 10년 및 16년이 소요되었다. 교목종이 초본식물에 비하여 가장자리 환경에서 더 높은 증가 양상을 나타내었고, 교목종의 높은 증가는 하층식생의 동태에 영향을 주었다. 본 연구 결과를 통해 벌채에 의한 직 간접적인 서식지 변화는 최소 인접 산림의 15 m에서 20 m까지, 그리고 16년 수준까지 지속적으로 영향을 미치는 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 경관 및 서식지 패치 평가에 필수적인 가장자리 효과의 깊이에 대한 첫 국내 첫 실증 연구자료로 친환경벌채 기준제시 등 활용성이 높다.
본 논문은 핑거 (finger) 형 전극에 의해 증강된 가장자리 전계가 가변 캐패시터의 가변성을 개선시킬 수 있음을 보여주고 있다. 가장자리가 긴 전극을 설계하기 위해 면적과 선폭이 다른 finger 형태의 전극들이 설계되었다. 가변 바렉터들은 quartz 기판위에 para/ferro/para의 가변 다층 유전체 박막을 이용하여 제작되었다. 기존의 일반적인 가변 캐패시터와 비교해서, 핑거형 캐패시터들의 유효 용량와 가변성 특성을 분석하였다. 1~2.5 GHz에서 증강된 가장자리 전계로 인해 긴 가장자리 전극으로 설계된 가변 캐패시터의 유효 용량과 가변성이 각각 24~40 % 그리고 7~12 % 증가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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