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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

정호상 (건국대학교, 건국대학교 대학원)

지도교수
이상영
발행연도
2016
저작권
건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수11

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

초록· 키워드

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실리콘과 초전도체는 전자소자 분야에서 광범위하게 응용되고 있거나 향후 광범위하게 응용될 잠재력을 지닌 중요한 소재들이다. 미국과 중국에선 이미 이동통신 기지국용 초전도필터가 실용화되었고, 전세계적 으로도 qubit, MKID 등 초전도 microwave 소자의 기판용 소재로 실리콘이 사용되고 있어서 실리콘의 극저온 특성에 대한 연구의 필요성도 증대되고 있다.
본 연구 내용은 크게 3 가지로 구분되는데, 그 내용은 다음과 같다. 첫째, 초전도체와 실리콘의 저온특성을 기존의 유전체 공진기법을 변형하여 측정해 보았다. ‘변형된 유전체공진기법’은 이미 초전도체의 고유표면임피던스 측정에 대한 IEC 국제표준으로 2011년에 제정된 바 있다. 본 연구에서는 이 국제표준에 기초하여 i) 범용성을 높이기 위해 40 GHz 이내의 공진주파수를 지닌 공진기를 설계 및 제작하고, ii) 공진모드 간의 간섭을 줄여서 공진 특성 측정의 정확도를 개선하였다. 둘째, MgB2 박막의 마이크로파 전도도의 온도 의존성을 측정하였다. 이를 통해 임계온도(TC)가 약 40 K인 MgB2 박막에서 결맞음봉우리(coherence peak)가 관측되는 온도가 에피성장된 MgB2 박막의 경우 약 TC/2의 온도에서 관측되고 다결정 MgB2 박막의 경우 TC 부근에서 관측됨을 밝혔다. 이러한 결과는 에피성장된 MgB2 박막의 경우 MgB2의 π-band가 주로 마이크로파 전도도를 결정하게 되지만 다결정 MgB2 박막의 경우 π-band와 σ-band가 모두 전도도에 기여하고 있음을 보여준다. 셋째, ‘변형된 유전체공진기법’을 이용하여 실리콘 단결정의 마이크로파 loss tangent를 저온영역에서 고감도로 측정하였다. Pristine 고저항 실리콘 단결정의 경우 25 - 50 K에서 tan δ가 급격히 감소하는 freeze-out 영역이 존재함을 확인하였는데, 기존의 결과와 달리 10 K 이하에서 loss tangent(tan δ)가 1.6 × 10-6의 매우 작은 값을 지님을 관측하였다. 이렇게 작은 tan δ는 실리콘의 qubit용 소재로의 응용을 가능하게 하는 것인데, freeze-out 영역 이상의 온도에서 실리콘의 tan δ가 급격히 증가하는 것은 실리콘의 저온용 소자로의 광범위한 응용을 제한하는 요인이다. 본 연구에서는 또한 중성자가 조사된 undoped n-type 고저항 실리콘 단결정의 tan δ 변화를 연구하였다. 열중성자와 고속중성자가 동시에 각각 ~4 x 1015, ~7 × 1012 n/cm2의 fluence로 조사된 경우 freeze-out 영역이 사라짐을 관측하였는데, 이로 인해 중성자 조사된 실릴콘의 tan δ는 조사 전의 값에 비해 50 K에서 ~1 × 104 배 감소하게 됨을 확인하였다. 아울러 고속중성자의 조사량을 1.1 × 1012 - 6.7 × 1013 n/cm2로 변화시키면서 tan δ의 변화를 측정하였고, 이로부터 중성자 조사로 인한 고저항 실리콘의 비저항 변화를 연구하였다. 측정된 결과를 홀효과 측정 시스템을 이용하여 측정된 carrier 농도, 이동도 및 비저항 결과와 비교하여 중성자 조사로 인해 실리콘의 freeze-out 영역이 사라지는 원인을 규명하였다. 또한, 고저항 실리콘 단결정에 대한 열처리 효과와 중성자 조사된 SiC의 마이크로파 특성을 연구하여 실리콘 및 실리콘 화합물이 중성자로 조사될 경우 보일 수 있는 특성 변화에 대해 연구하였다.

목차

I. 서론 1
1.1 두 공진모드 공진기법의 필요성과 이점 1
1.1.1. 두 공진모드 공진기법의 필요성 1
1.1.2. 두 공진모드 공진기법의 이점 및 개선점 1
1.2 실리콘의 특성 측정 및 중성자 조사의 배경 3
1.2.1. 고비저항 실리콘의 특성 측정의 배경 3
1.2.2. 고비저항 실리콘의 중성자 조사의 배경 4
II. 초전도 박막의 고유표면임피던스 측정 7
2.1 서론 7
2.1.1. 고온초전도체의 응용과 microwave 특성 측정 7
2.1.2. 두 공진모드 공진기 측정법 8
2.1.3. 고유표면임피던스 측정의 국제표준 9
2.2 이론 11
2.2.1. 두 공진모드 공진기 측정법 11
2.2.2. 유전체 크기의 결정 11
2.2.3. 고유표면저항과 고유표면리액턴스의 불확도 16
2.2.4. σ1과 σ2의 불확도 17
2.2.5. RSeff 와 XSeff의 불확도 18
2.3 실험방법 20
2.3.1. 측정 장비 및 시편 준비 20
2.3.2. 유효표면저항 측정 23
2.3.3. 침투깊이 측정 26
2.3.4. YBCO의 표면임피던스 분석 29
2.4 결과분석 31
2.5 결론 41
III. Undoped 실리콘 crystal rod 44
3.1 서론 44
3.1.1. Microwave device용 소재로서의 실리콘 44
3.1.2. 고비저항의 이점 44
3.1.3. 고비저항 실리콘 측정의 어려움 45
3.1.4. 유전체 공진기법의 이점 46
3.2 실험 방법 47
3.2.1. 시편 준비 47
3.2.2. 실리콘 유전체 공진기를 이용한 고주파 손실 측정 48
3.2.3. 실리콘-루타일 복합 공진기를 이용한 고주파 손실 측정 54
3.2.4. 실리콘의 비저항 측정 57
3.3 결과 분석 58
3.3.1. 측정된 고주파 손실 분석 58
3.3.2. 측정된 고주파 손실로부터 구한 비저항 62
3.4 결론 65
IV. Neutron irradiated undoped 실리콘 단결정 69
4.1 서론 69
4.1.1. 저온에서 실리콘 및 실리콘 화합물의 응용 69
4.1.2. 저온에서 실리콘의 마이크로파 특성 69
4.1.3. 저온에서 실리콘의 특성 개선 70
4.2 실험방법 71
4.2.1. 시편 준비 71
4.2.2. 열중성자의 영향 73
4.2.3. 고속중성자의 영향 81
4.2.4. 일반적인 중성자 조사 86
4.3 결과분석 90
4.3.1. 하나로 IP5에서 조사 된 실리콘의 고주파 손실 변화 90
4.3.2. 하나로 NAA1에서 조사 된 실리콘의 고주파 손실 변화 98
4.3.3. IP5와 NAA1조사공에서 조사된 실리콘 특성 비교 102
4.3.4. 하나로 NAA1 1st에서 조사된 실리콘 특성 변화 106
4.4 결론 116
V. 열처리된 undoped Si의 특성 118
5.1 실험방법 118
5.1.1. 시편 준비 및 측정 방법 118
5.2 결과분석 120
5.2.1. 열처리 후 실리콘의 특성 변화 120
5.2.2. 열처리 및 중성자에 의한 실리콘의 특성 변화 비교 125
VI. 중성자 조사된 SiC 결정체의 특성 131
6.1 실험방법 131
6.1.1. 시편 준비 및 측정 방법 131
6.2 결과분석 132
6.2.1. 중성자 조사된 SiC의 특성 132
VII. MgB2의 고유표면임피던스와 전기전도도 139
7.1 서론 139
7.1.1. MgB2의 특성과 전기전도도 측정 139
7.1.2. 선행연구 결과 141
7.1.3. Two-band 모형을 이용한 마이크로파 전도도 해석 및 각 band의 기여도 결정 145
7.2 실험 방법 146
7.2.1. 시편 준비 146
7.2.2. 측정 방법 146
7.2.3. 각 band에서의 준입자의 산란률 차이가 MgB2의 마이크로파 전도도의 온도 의존성에 미치는 영향 148
7.3 결과분석 149
7.4 요약 158
VIII. 요약 159
참고문헌 162
국문초록 176
부록 178

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