효과적인 열전도도...'나노스케일 열 분산기' 응용 가능할 것
(서울=내외방송) 열을 효과적으로 분산시켜 소형 반도체의 심각한 발열 문제를 해결할 수 있는 기술이 개발됐다.
KAIST(한국과학기술원)는 18일 "이봉재 기계공학과 교수 연구팀이 세계 최초로 기판 위에 증착(증기를 물체 표면에 얇은 막으로 입힘)된 금속 박막(얇은 막)에서 '표면 플라즈몬 폴라리톤'으로 발생하는 새로운 열 전달 모드를 측정하는 데 성공했다"고 밝혔다.
표면 플라즈몬 폴라리톤은 유전체와 금속의 경계면의 전자기장과 금속 표면의 자유 전자가 강하게 상호작용한 결과로서 금속 표면에 형성되는 표면파(波)를 말한다.
연구팀은 나노(10억분의 1) 규모 두께의 금속 박막에서 열 확산을 개선하기 위해 표면 플라즈몬 폴라리톤을 활용했다. 새로운 열 전달 모드는 기판에 금속 박막을 증착하면 발생하기 때문에 활용성도 높고, 넓은 면적에서 제작이 가능하다는 장점이 있다.
연구팀은 반경 약 3cm인 100nm(나노미터) 두께의 티타늄 박막에서 발생하는 표면파에 의해 열전도도가 약 25% 증가한다는 것을 발견했다. 나노 규모 두께에서는 경계 산란(빛이나 전자기파의 경로가 바뀌는 것) 때문에 박막의 열전도도가 감소하는데, 새로운 열전달 모드는 오히려 효과적인 열 전달이 가능하다.
이 교수는 "이번 연구는 공정난이도가 낮은 기판 위에 증착된 금속 박막에서 일어나는 표면파에 의한 새로운 열 전달 모드를 세계 최초로 규명한 것"이라고 설명했다.
이어 "이 기술은 초고발열 반도체 소자의 과열점 바로 근처에서 효과적으로 열을 분산시킬 수 있는 '나노스케일 열 분산기'로 응용 가능하다"고 덧붙였다.
김동민 박사과정이 제1저자로 참여한 이 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지인 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)'에 최근 온라인 게제됐으며 편집자 추천 논문(Editors' Suggestion)에 선정됐다.
