Graduate students, S. W. Byun, J. H. Moon, T. S. Kim, H. E. Fu and E. J. Jeung attended 'Fall conference of the Korean Institute of Metals and Materials' held in Jeju, Korea on October 20 ~ 22, 2021

대학원생 변상원, 문준환, 김태순, 부홍은, 정은진이 2021년 10월 20~22일 제주도에서 개최된 대한금속재료학회 추계학술대회에 참석했다. 이번 학술대회에서 변상원, 문준환은 학생구두발표 우수상을 수상하였다.

발표 내용

• 변상원: 자연을 모사하여 합성한 계층구조체의 합성 메커니즘 분석 및 응용
• 문준환: 계면 반응 조절을 이용한 무기질 중공 나노코일 제작 및 응용
• 김태순: 전기화학 공정기반 도금법을 이용한 루테늄-코발트 합금 나노선의 특성 분석
• 부홍은: 자성-광학 복합기능 나노클러스터를 이용한 고감도 바이러스 항원 감지
• 정은진: Fe-Au 바코드 나노선 어레이에서의 복합적인 정자기 상호작용
  
  

고려대학교는 김영근 공과대학 신소재공학부 교수 연구팀이 차세대 반도체 금속배선로 주목받고 있는 루테늄(Ru)을 나노크기로 제작하고, 지름별로 비저항과 물질 확산 여부를 확인했다고 12일밝혔다. 연구 결과는 지난달 13일 금속학 분야 최상위 국제학술지인 저널 오브 머티리얼즈 사이언스 & 테크놀로지(Journal of Materials Science & Technology) 온라인 게재됐다.

반도체 주요 공정 중 하나인 금속배선(metallization)은 마치 빌딩을 연결하는 도로망처럼, 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 반도체 소자들을 연결하는 공정이다. 손톱만한 반도체 칩 한 개에는 수십 km 길이의 구리(Cu) 배선이 사용되며, 전자가 흐르는 통로로 정보를 전달하는 역할을 한다. 최근 반도체 칩의 계속된 집적화로 인해 배선의 선폭이 수 나노미터(nm)까지 줄어들었고, 이 과정에서 배선의 저항이 급격히 증가하는 문제에 직면해 있다.

연구팀은 다공성 나노 멤브레인과 전기도금법을 이용하여 루테늄(Ru, 원자번호 44)계 나노선을 제작했다. 루테늄은 비저항 크기 효과가 작고 원자간 응집력도 높아 전기 이동(electromigration)과 배선 주변을 감싸고 있는 유전체 막으로 확산되는 경향이 낮아 차세대 배선 소재 중 하나로 주목받고 있다.

다만, 수용액에서 전기도금 시 경쟁반응인 수소 발생 반응으로 인해 금속 루테늄으로 환원하기가 어려운 문제점이 있었다. 그러나 연구팀은 도금액에 수소 발생을 억제할 수 있는 완충제와 첨가제를 사용하여 다양한 지름을 갖는 루테늄계 나노선을 제작할 수 있었다. 진공 상태의 정교한 측정장비를 이용하여 루테늄 나노선 한 가닥의 저항을 측정했고, 전자산란 계수를 도출했다.

다공성 멤브레인 벽 내부를 저유전체 산화실리콘(SiO2) 막으로 코팅하고 루테늄을 채운 후, 반도체의 후공정 온도에서 열처리했다. 원소분석 결과 루테늄이 산화실리콘 쪽으로 확산되지 않았다. 이번 연구 성과는 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 진행됐고, 이후 착수된 삼성전자 반도체연구소 산학과제의 지원을 받아 추가 연구가 진행됐다.

출처: 매일일보, 2021.10.12, http://www.m-i.kr/news/articleView.html?idxno=866084

Electrical resistivity evolution in electrodeposited Ru and Ru-Co nanowires
Journal of Materials Science & Technology 105, 17-25. (2022)
[DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.06.073]

Nanoscale ruthenium (Ru)-based materials are promising replacements for existing multilayered Cu interconnects in integrated circuits. However, it is not easy to apply the results of previously reported studies directly to the electrochemical damascene process because the previous studies have mainly focused on thin films by dry deposition. Here, we report the electrical resistivity and microstructure of electrodeposited Ru nanowires. We estimate that the resistivity value of a 10 nm diameter Ru nanowire to be 71.6 μΩ cm after analyzing the resistivity values of individual nanowires with various diameters. Furthermore, we investigate the electrical properties of RuxCo1-x nanowires where x is 0.04–0.99 at.% as possible replacements of the current TaN barrier structures. Over the entire composition range, the resistivity values of alloys are much lower than that of the conventional TaN. Additionally, Ru and Ru-alloy nanowires surrounded by dielectric silica are thermally stable after 450 °C heat treatment. Therefore, the nanoscale Ru and Ru-Co alloys possessing low resistivity values can be candidates for the interconnect and barrier materials, respectively.

고려대학교(총장 정진택) 공과대학 신소재공학부 김영근 교수 연구팀은 서울대 공과대학 재료공학부 남기태 교수 연구팀과 공동연구를 통해 기존 물 분해 촉매 효율을 높일 수 있는 중공 나노코일 복합체를 개발했다.

연구결과는 나노기술 분야 국제학술지 ‘스몰(Small)’ 표지 논문으로 선정됐으며, 9월 24일자로 온라인 게재됐다.

물 전기분해 반응은 전기를 이용해 청정에너지인 수소와 산소를 생성하는 친환경 에너지 전환 반응으로, 다가오고 있는 수소 경제에서 필수적인 공정으로 평가받고 있다. 자연계의 대표적인 물 분해 반응인 광합성에서는 망간과 칼슘을 기반으로 한 클러스터를 이용해 물 산화 반응을 진행하며, 이러한 망간-칼슘 클러스터에서 영감을 받아 귀금속 촉매를 대체할 수 있는 망간 기반 전기촉매가 개발됐다. 그러나, 여전히 높은 과전압으로 인해 성능 향상의 새로운 돌파구를 찾기 위한 연구가 꾸준히 진행돼왔다.

연구팀은 물 분자가 접촉하는 전기화학 촉매의 활성 자리(active site)를 극대화할 수 있도록 3차원 구조에서 가장 넓은 표면적을 가질 수 있는 나선 모양의 나노코일 형태에 집중했다. 연구진은 전기도금법으로 나노코일 형태를 합성한 후, 전기화학적 경로차와 물질 확산 속도 차이를 이용하여 단일 및 다성분 3d 전이금속 기반 무기질 중공 나노코일들을 합성했다. 그 중 망간 기반 중공 나노코일에 산화 망간 나노입자를 부착시켜 기존에 보고된 망간 기반 촉매에 비해 표면적 및 활성 자리 수를 크게 증가시킨 나노복합체를 세계 최초로 개발했다.

연구팀은 "나선형 코일 구조에 나노입자들이 달라붙어 있는 새로운 나노구조는 간단한 방법만으로 전기촉매 성능을 효율적으로 증가시켜 기존과 다른 새로운 촉매 설계 방법론을 제시했다. 이외에도 중공 나노코일 구조체의 넓은 표면적과 활성자리 제어가 필요한 에너지·환경 및 바이오 분야로의 응용이 가능하다"고 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부 중견연구자 지원사업과 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행됐다.

출처: 에너지경제신문, 2021.09.29, https://www.ekn.kr/web/view.php?key=20210929010004609

Inorganic Hollow Nanocoils Fabricated by Controlled Interfacial Reaction and Their Electrocatalytic Properties
Small 17, 2103575 (2021)
[DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202103575]

The fabrication of 3D hollow nanostructures not only allows the tactical provision of specific physicochemical properties but also broadens the application scope of such materials in various fields. The synthesis of 3D hollow nanocoils (HNCs), however, is limited by the lack of an appropriate template or synthesis method, thereby restricting the wide-scale application of HNCs. Herein, a strategy for preparing HNCs by harnessing a single sacrificial template to modulate the interfacial reaction at a solid–liquid interface that allows the shape-regulated transition is studied. Furthermore, the triggering of the Kirkendall effect in 3D HNCs is demonstrated. Depending on the final state of the transition metal ions reduced during the electrochemical preparation of HNCs, the surface states of the binding anions and the composition of the HNCs can be tuned. In a single-component CrPO4 HNC with a clean surface, the Kirkendall effect of the coil shape is analyzed at various points throughout the reaction. The rough-surface multicomponent MnOxP0.21 HNCs are complexed with ligand-modified BF4-Mn3O4 nanoparticles. The fabricated nanocomposite exhibits an overpotential decrease of 25 mV at neutral pH compared to pure BF4-Mn3O4 nanoparticles because of the increased active surface area.

2021년 11월 2일 고려대학교에서 Far Eastern Federal University의 Samardak 박사와의 스핀트로닉스 세미나를 진행했다.

Our laboratory memebers held a meeting with Dr. Samardak of Far Eastern Federal University (FEFU).

고려대학교 김영근 교수팀의 대학원생 김태현이 고려대-삼성전자 우수논문상을 수상하였다.

Graduate student Mr. T. H. Kim received the Korea University-Samsung electronics best paper award.

Journal Paper
김태현(Mr. T. H. Kim): Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida-type interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction in heavy metal/ferromagnet heterostructures

대학원생 김태현, 윤석인, 이정규, 고한석이 2021년 7월 21~23일 온라인으로 진행된 한국자기학회 하계학술대회에 참석하였다. 이번 학술대회에서 대학원생 김태현은 우수 포스터 발표상을 수상하였다.

Graduate students Mr. T. H. Kim, Mr. S. I. Yoon, Mr. J. K. Lee, Mr. H. S. Ko attended the 2021 Korean Magnetics Society Summer Conference held online from July 21 to 23, 2021. Mr. T. H. Kim received the 'Best Poster Award'.

• 김태현(Mr. T. H. Kim): Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida-type interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction in heavy metal/ferromagnet heterostructures
• 윤석인(Mr. S. I. Yoon): A Spin-Orbit Torque efficiency in W/CoFeB heterostructures with W-Nb alloys insertion layers
• 이정규(Mr. J. K. Lee): Analysis of magnetic and crystallographic properties of Mn-Ga thin films
• 고한석(Mr. H. S. Ko): Effect of Underlayer, CoFeB Composition and Annealing Temperature on Perpendicular 
  Magnetic Anisotropy of CoFeB

석탑연구상은 전년도 연구업적 중 상위 3%를 차지한 교원에게 수여하는 상으로, 매년 고려대 개교기념일(5월 5일) 행사에서 관련 시상식을 진행한다.

특히 김 교수는 2005년 석탑강의상, 2016년 석탑기술상에 이어 이번 석탑연구상 수상으로 고려대 3대 상을 모두 수상한 쾌거를 이루었다.

https://eng.korea.ac.kr/eng/community/review.do?mode=view&articleNo=266373&article.offset=0&articleLimit=10&totalNoticeYn=N&totalBoardNo=

Korea University The Granite Tower Research Award is given to professors who took the top 3% research achievements in the previous year. In addition, a related awards ceremony is held every year on May 5, Korea University Anniversary Day.

In particular, Professor Kim achieved the career grand slam by winning all three awards, the Granite Tower Lecture Award in 2005, the Granite Tower Technology Award in 2016, and receiving the Granite Tower Research Award in 2021.