한국표준과학연구원(원장 박현민)은 차세대 양자 전기 표준체계에 기여할 새로운 표준저항소자 개발에 성공했다고 8일 밝혔다.
현재 저항표준체계는 갈륨비소(GaAs) 반도체 기반 양자홀 소자를 표준저항으로 사용하고 있다. 그러나 1.5캘빈(K)이하 극저온, 10테슬라(T) 이상 고자기장 동작 환경이 필요해 작동시키기가 복잡하고 어려웠다.
반면 그래핀으로 만들어진 표준저항소자의 경우 4.2K 이상 높은 온도, 5T 이하 낮은 자기장 실험환경에서 표준저항 구현이 가능하다. 또 차세대 양자 전기 표준체계 중 하나인 교류(AC) 양자홀 표준저항으로 응용할 수 있어 기존 표준저항소자를 그래핀으로 대체하는 연구가 진행되고 있다.
표준연 전자기표준센터 연구팀은 1600도 이상 고온에서 고품질 탄화규소 그래핀을 성장하고, 이에 적합한 소자 공정 기술을 개발했다. 이를 이용해 그래핀 기반 양자홀 단일 표준 저항과 10개 소자가 직렬로 연결된 '129킬로옴(kΩ) 그래핀 기반 양자홀 고저항 어레이 소자' 제작에 성공했다.
그동안 고품질 탄화규소 그래핀을 성장시켜 양자홀 단일소자까지 구현한 곳은 독일 연방물리기술원(PTB), 미국 국립표준기술연구소(NIST)에 이어 세 번째다. 10개 양자홀 단일소자를 직렬로 연결한 '정밀 양자홀 고저항 어레이 소자' 구현은 세계 최초다.
박재성 책임연구원은 “표준연에서 자체 제작한 표준저항소자를 올해부터 해외측정표준기관에 보급해 국제비교할 예정”이라며 ”이번 성과는 양자 전류표준 분야로 응용 가능해, 미세전류 측정과 발생기술이 사용되는 기기의 신뢰성 향상에 기여할 것“이라고 밝혔다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
