표면과학
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1. 개요
표면과학은 계면에서 일어나는 화학 반응 및 물리적 상호 작용을 연구하는 학문으로, 불균일 촉매, 전기화학, 지구화학, 표면 물리 등 다양한 분야를 포괄한다. 이 분야는 폴 사바티에, 어빙 랭뮤어 등의 연구를 통해 발전했으며, 표면의 구조와 조성을 분석하기 위해 다양한 분석 기술이 사용된다. 최근에는 나노 기술 및 기능성 재료 개발과 관련하여 나노 재료, 스핀트로닉스, 촉매, 하이-k 절연막 등과 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다.
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- 표면과학 - 흡착
흡착은 엔트로피 감소를 동반하는 발열 반응으로, 흡착질이 흡착제 표면에 달라붙는 현상이며, 랭뮤어 및 BET 등온식 등으로 모델링하여 실리카겔, 제올라이트, 활성탄 등 다양한 흡착제를 활용, 기체 및 액체 분리, 정제, 저장 등에 사용되며 미래에는 수소 저장, 탄소 포집 등 다양한 분야에서 중요성이 커질 것으로 예상된다. - 표면과학 - 젖음
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| 표면과학 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 학문 분야 | 물리학, 화학 |
| 연구 대상 | 두 상 사이의 계면에서 일어나는 물리적, 화학적 현상 |
| 세부 분야 | |
| 표면 물리학 | 표면의 물리적 특성 연구 |
| 표면 화학 | 표면에서의 화학 반응 및 흡착 연구 |
| 관련 학문 | |
| 재료 과학 | 표면 처리 및 코팅 기술 |
| 촉매 | 표면 반응을 이용한 촉매 개발 |
| 반도체 | 표면 상태가 반도체 소자 특성에 미치는 영향 연구 |
| 전기화학 | 전극 표면에서의 전기화학 반응 연구 |
| 나노 기술 | 나노 물질의 표면 특성 제어 및 활용 |
2. 역사
표면 화학 분야는 폴 사바티에가 수소화에, 프리츠 하버가 하버-보슈법에 대한 연구를 통해 개척한 불균일 촉매 작용으로 시작되었다.[3] 어빙 랭뮤어 또한 이 분야의 창시자 중 한 명이었으며, 그의 이름을 따 표면 과학에 관한 과학 저널인 ''랭뮤어''가 명명되었다. 랭뮤어 흡착 방정식은 모든 표면 흡착 자리가 흡착 종에 대해 동일한 친화력을 가지고 서로 상호 작용하지 않는 단분자층 흡착을 모델링하는 데 사용된다. 게르하르트 에르틀은 1974년에 LEED라고 하는 새로운 기술을 사용하여 팔라듐 표면에 대한 수소의 흡착을 최초로 설명했다.[4] 이후 백금,[5] 니켈,[6][7] 철[8]에 대한 유사한 연구가 뒤따랐다. 표면 과학의 가장 최근 발전에는 2007년 노벨 화학상 수상자인 게르하르트 에르틀의 표면 화학 발전, 특히 일산화탄소 분자와 백금 표면 사이의 상호 작용에 대한 연구가 포함된다.
표면과학은 불균일 촉매, 전기화학, 지구화학, 표면 물리 등 다양한 분야와 밀접하게 관련되어 있다.
19세기 후반, 폴 사바티에는 불균일 촉매의 표면을 연구하였고, 어빙 랭뮤어는 물질 흡착을 연구하여, 고체가 외부와 에너지와 물질을 주고받는 장소로서 표면의 중요성을 명확히 하였다. 20세기 후반에는 표면을 원자·분자 수준에서 관찰하는 방법이 개발되었다. 게르하르트 에르틀은 이러한 방법을 이용하여 표면에서의 화학반응을 상세히 연구하여, “고체 표면에서의 화학 과정 연구”의 공적으로 2007년 노벨 화학상을 수상하였다.[32]
3. 주요 연구 분야
최근에는 나노기술의 발전에 따라 스핀트로닉스나 새로운 촉매 개발과 같은 기능성 나노재료 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, MOSFET용 절연체 개발과 관련하여 실리콘 표면에 하프늄 산화물 박막을 생성시킨 하이-k(high-k) 절연막 연구도 활발하게 진행되고 있다.
3. 1. 불균일 촉매
폴 사바티에는 수소화 반응, 프리츠 하버는 하버-보슈법 연구를 통해 불균일 촉매 작용 분야를 개척했다.[3] 어빙 랭뮤어의 이름을 딴 표면 과학 저널 ''랭뮤어''가 있으며, 랭뮤어 흡착 방정식은 단분자층 흡착 모델링에 사용된다.
1974년 게르하르트 에르틀은 LEED 기술로 팔라듐 표면의 수소 흡착을 최초로 설명했다.[4] 이후 백금,[5] 니켈,[6][7] 철[8] 표면 연구가 이어졌다. 에르틀은 일산화탄소와 백금 표면 간 상호작용 연구로 2007년 노벨 화학상을 받았다.
3. 1. 1. 촉매 반응 메커니즘 연구
표면화학은 계면에서의 화학 반응 연구로, 표면 공학과 밀접하게 연관되어 있다. 표면과학은 불균일 촉매, 전기 화학, 지구화학 분야에서 중요하게 다루어진다.
기체나 액체 분자가 표면에 붙는 현상은 흡착이라고 하며, 화학흡착 또는 물리흡착으로 나타난다. 촉매 표면에 대한 분자 흡착의 강도는 촉매 성능에 큰 영향을 미친다(사바티에 원리 참조). 실제 촉매는 복잡한 구조를 가지므로, 백금과 같이 잘 정의된 단결정 표면을 모델 촉매로 사용하여 연구한다. 다성분 재료 시스템은 촉매 활성 금속 입자와 지지 산화물 사이의 상호 작용을 연구하는 데 사용되며, 단결정 표면에 초박막 또는 입자를 성장시켜 만든다.[9]
표면의 조성, 구조, 화학적 거동 간의 관계는 초고진공 기술을 사용하여 연구한다. 여기에는 분자의 흡착 및 온도프로그래밍탈착(Thermal desorption spectroscopy), 주사터널링현미경, 저에너지전자회절, 오거전자분광법 등이 포함된다. 이러한 연구 결과는 화학적 모델에 활용되거나 새로운 촉매의 합리적 설계에 사용될 수 있다. 표면 과학 측정을 통해 반응 메커니즘을 원자 수준에서 정밀하게 파악할 수 있다.[10]
폴 사바티에의 불균일 촉매 표면 연구와 어빙 랭뮤어의 물질 흡착 연구를 통해 고체 표면의 중요성이 밝혀졌다. 20세기 후반에는 표면을 원자·분자 수준에서 관찰하는 방법이 개발되었다. 게르하르트 에르틀은 표면에서의 화학반응을 자세히 연구하여 2007년 노벨 화학상을 수상하였다.[32]
고체물리학에서는 x, y, z 방향으로 무한히 계속되는 완전결정을 이상적인 모델로 사용하며, 3방향의 병진대칭성을 가정한다. 그러나 표면이나 계면에서는 표면에 수직인 방향의 대칭성이 깨진다. 이로 인해 전자의 표면 준위 발생이나 원자 배열의 표면 재구성과 같은 고유한 현상이 나타난다. 외부에서 날아온 분자는 표면에 물리흡착 또는 화학흡착을 한다. 특히 불균일 촉매 표면에서는 흡착된 분자의 상태가 변화하여 반응성을 얻기도 한다.
3. 2. 전기화학
전기화학은 고체-액체 또는 액체-액체 계면에 전압을 가하여 일어나는 과정을 연구하는 학문이다. 전극-전해질 계면의 움직임은 계면 근처 액체 상의 이온 분포에 영향을 주어 전기 이중층을 만든다. 흡착 및 탈착 현상은 원자 수준으로 평평한 단결정 표면에서 가해진 전위, 시간, 용액 조건에 따라 주사탐침현미경/분광법[11] 및 표면 X선 산란[12][13]을 사용하여 연구할 수 있다. 이러한 연구는 순환 전압 전류법과 같은 전통적인 전기화학 기술과 계면 과정의 직접적인 관찰을 연결한다.
3. 2. 1. 전기 이중층 연구
표면화학은 계면에서의 화학 반응 연구로, 표면 공학과 밀접하게 연관되어 있다. 표면과학은 불균일 촉매, 전기화학, 지구화학 분야에서 중요하다.
전기화학은 고체-액체 또는 액체-액체 계면에 인가된 전위를 통해 구동되는 과정을 연구한다. 전극-전해질 계면의 거동은 계면 근처 액체 상의 이온 분포에 영향을 받아 전기 이중층을 형성한다. 흡착 및 탈착 현상은 원자적으로 평평한 단결정 표면에서 인가된 전위, 시간 및 용액 조건의 함수로 주사탐침현미경/분광법[11] 및 표면 X선 산란[12][13]을 사용하여 연구할 수 있다. 이러한 연구는 순환 전압 전류법과 같은 전통적인 전기화학적 기술을 계면 과정의 직접적인 관찰과 연결한다.
3. 3. 지구화학
철 순환, 토양 오염과 같은 지질 현상은 광물과 환경 사이의 계면에 의해 조절된다.
3. 3. 1. 광물 표면 반응 연구
표면화학은 계면에서의 화학 반응 연구로 대략적으로 정의할 수 있다. 이는 표면 또는 접점의 특성에서 원하는 다양한 효과 또는 개선을 생성하는 선택된 요소 또는 기능 그룹을 통합하여 표면의 화학적 조성을 수정하는 것을 목표로 하는 표면 공학과 밀접한 관련이 있다. 표면과학은 불균일 촉매, 전기화학 및 지구화학 분야에서 특히 중요하다.
광물과 환경 사이의 계면에 의해 철 순환, 토양 오염과 같은 지질 현상이 조절된다. 광물-용액 계면의 원자 규모 구조와 화학적 특성은 싱크로트론 X선 기술(예: X선 반사율, X선 정재파, X선 흡수 분광법) 및 주사 프로브 현미경을 사용하여 ''in situ''로 연구된다. 예를 들어, 중금속 또는 악티늄족 원소가 광물 표면에 흡착되는 연구는 흡착의 분자 규모 세부 사항을 밝혀내어 이러한 오염 물질이 토양을 통과하는 방식[14] 또는 자연 용해-침전 순환을 방해하는 방식[15]을 더 정확하게 예측할 수 있게 한다.
3. 4. 표면 물리
표면 물리는 계면에서 발생하는 물리적 상호 작용을 연구하는 분야로, 표면 화학과 겹치는 부분이 있다. 표면 물리학에서 연구되는 주제에는 마찰, 표면 상태, 표면 확산, 표면 재구성, 표면 포논 및 플라스몬, 에피택시, 전자의 방출 및 터널링, 스핀트로닉스, 그리고 표면에서의 나노구조체의 자기 조립 등이 포함된다.[32] 표면에서의 과정을 조사하는 기술에는 표면 X선 산란, 주사 탐침 현미경, 표면 증강 라만 분광법, X선 광전자 분광법이 있다.
고체물리학에서는 x, y, z 방향으로 무한히 계속되는 완전결정을 이상적인 모델로 사용하기 때문에 3방향의 병진대칭성을 가정할 수 있다. 그러나 표면이나 계면이 있는 경우, 계의 표면에 수직인 방향에서의 대칭성이 깨진다. 이 때문에 표면이나 계면에 고유한 현상, 예를 들어 전자의 표면 준위 발생이나 원자 배열의 표면 재구성 등이 일어난다. 또 외부에서 날아온 분자는 표면에 물리흡착 또는 화학흡착한다. 특히 불균일 촉매의 표면에서는 흡착한 분자의 상태가 변화하여, 분자 단독으로는 가지고 있지 않았던 반응성을 얻는 경우도 있다.[32]
같은 물질의 표면이라도 결정을 절단하는 면의 방향에 따라 그 성질이 다르다. 결정면은 밀러 지수로 지정된다. 예를 들어 Si 단결정을 밀러 지수가 (111)인 격자면을 따라 절단한 절단면은 Si(111)면이라고 부른다. 같은 Si 결정의 표면이라도 (100)면과 (111)면처럼 방향이 다르면 다른 표면으로 취급한다. 고체는 병진 대칭성이 있으므로, 정수 *k*, *l*, *m*과 단위격자 벡터 a, b, c를 이용하여 임의의 격자점은 *k*a* + *l*b* + *m*c*로 쓸 수 있다. 이 중 c축 방향을 법선으로 한 표면의 격자점은 *k*a* + *l*b*로 표현할 수 있다. 즉, c축에 수직인 표면은 a와 b**가 이루는 사각형을 단위세포로 하는 2차원 격자로 구성된다.
벌크의 단면과 같은 구조의 표면을 이상 표면이라고 한다. Si(100)면과 Si(001)면은 방향이 다르지만, 입방정계인 벌크의 대칭성이 그대로 유지된다고 하면 어느 단면도 등가이다. 등가인 결정면의 집합은 밀러 지수를 중괄호로 묶어 {100}과 같이 나타낸다. 실제 표면이 2차원 결정이라는 것은 저속 전자 회절(LEED), 주사형 터널링 현미경(STM), 원자간력 현미경(AFM) 등으로 확인할 수 있다.
이상 표면과 실제 표면에서 구조가 완전히 일치하는 경우는 드물며, 많은 표면에서는 전하 밀도의 불균형이나 댕글링 본드로 인한 불안정성을 완화하기 위해 원자가 이상 표면에서의 위치에서 어긋난다. 이러한 구조 변화를 표면 재구성(또는 재배열)이라고 부른다. 표면에 흡착된 원자나 분자가 원인이 되어 표면 재구성이 일어나는 경우도 있다.[33]
실제 표면의 단위격자 벡터는 이상 표면의 단위격자 벡터의 선형 결합으로 표현한다. 이때의 계수를 지정하면 재구성 유무에 관계없이 표면의 대칭성을 표현할 수 있다. 실제로는 (2×2 행렬이 되는) 계수 자체보다는 간략화된 우드의 표기법에 기반하여 "Si(111)-(7×7)"과 같이 표면의 대칭성을 나타내는 경우가 많다.[34]
4. 분석 기술
표면 연구와 분석에는 물리적, 화학적 분석 기법이 모두 사용된다.
표면 과학 실험에는 몇 가지 어려움이 따른다. 표면 원자는 벌크(bulk) 원자보다 수가 매우 적어 일반적인 분석 방법으로는 표면 신호가 벌크 신호에 묻히기 쉽다.[35] 따라서 표면 신호만 선택적으로 측정할 수 있는 방법이 필요하다. 또한 대기압에서는 기체 분자가 표면에 충돌, 흡착, 탈착을 반복하여 측정 중에도 표면 상태가 계속 변한다.[36] 그래서 실험은 초고진공 상태에서 기체 분자의 양과 종류를 조절하며 진행하는 경우가 많다.
고체 표면 구조 분석에는 주사 터널링 현미경[37], 원자간력 현미경[38], 전자 회절[39], X선 회절, 투과전자현미경[40], 주사전자현미경 등이 사용된다. 조성 분석에는 광전자 분광법이나 오거 전자 분광법 등이 이용된다.[41] 흡착 분자 분석에는 켈빈 프로브를 이용한 일함수 측정, 다양한 진동 분광, 탈착 분자의 질량 분석 등이 추가로 활용된다.
이론적인 연구에도 표면과학 특유의 과제가 있다. 표면계의 띠 계산이나 구조 최적화에는 제일원리 계산 패키지가 활용되는데, 대부분 x, y, z 방향의 주기성을 전제로 한다. 표면은 법선 방향으로 주기성이 깨지므로, 원자층과 진공층을 번갈아 배치하여 주기성을 부여하는 슬랩 근사(slab approximation)가 자주 쓰인다.[42] 표면-분자계를 해석하기 위해 거대한 클러스터 단면으로 표면을 모델화하는 클러스터 모델(cluster model)도 사용된다.[43]
4. 1. 표면 민감 분석 기술
각 분해 광전자 분광법(ARPES), X선 광전자 분광법(XPS), 오거 전자 분광법(AES), 저에너지 전자 회절(LEED), 전자 에너지 손실 분광법(EELS), 열 탈착 분광법(TPD), 이온 산란 분광법(ISS), 이차 이온 질량 분석법, 이중 편광 간섭법 등 다양한 현대적인 분석 방법들이 물질 표면의 최상위 1~10 nm를 조사하는 데 사용된다.[16] 이러한 기법들은 대부분 진공 상태에서 표면에서 방출되는 전자나 이온을 검출하는 방식으로 작동한다.일반적으로 10−7 파스칼 압력 또는 그 이상의 초고진공 환경이 필요한데, 이는 잔류 기체에 의한 표면 오염을 줄이기 위함이다. 0.1 mPa (10−6 torr)의 오염 물질 분압과 표준 온도에서 불순물이 표면 원자에 대해 일대일 단층으로 표면을 덮는 데 약 1초밖에 걸리지 않기 때문에, 실제 측정에는 훨씬 낮은 압력이 필요하다.[16]
순수 광학 기법은 다양한 조건에서 계면을 연구하는 데 사용될 수 있다. 반사 흡수 적외선 분광법, 이중 편광 간섭법, 표면 증강 라만 분광법, 합주파 발생 분광법은 고체-진공뿐만 아니라 고체-기체, 고체-액체, 액체-기체 표면을 조사하는 데 사용될 수 있다. 다중 매개변수 표면 플라스몬 공명은 고체-기체, 고체-액체, 액체-기체 표면에서 작동하며 나노미터 이하의 층까지 검출할 수 있다.[16] 이중 편광 간섭법은 이방성 박막의 질서와 파괴를 정량화하는 데 사용된다.[18]
소산 모니터링이 있는 석영 결정 마이크로저울과 같은 음향 기법은 고체-진공, 고체-기체 및 고체-액체 계면의 시간 분해 측정에 사용된다.
X선 산란 및 분광 기법도 표면과 계면을 특성화하는 데 사용된다. X선 결정 절단 막대(CTR) 및 X선 정재파(XSW) 측정은 서브 옹스트롬 분해능으로 표면과 흡착질 구조의 변화를 조사한다. 표면 확장 X선 흡수 미세 구조(SEXAFS) 측정은 흡착질의 배위 구조와 화학적 상태를 밝힌다. 경사 입사 소각 산란(GISAXS)은 표면의 나노입자의 크기, 모양 및 방향을 제공한다.[19] 결정 구조와 조직은 경사 입사 회절(GIXD, GIXRD)을 사용하여 조사할 수 있다.
X선 광전자 분광법(XPS)은 표면 종의 화학적 상태를 측정하고 표면 오염의 존재를 검출하기 위한 표준 도구이다.[20]
주사 터널링 현미경(STM)과 원자간력 현미경(AFM)을 포함한 여러 방법들은 표면의 물리적 구조를 측정하는 데 사용된다.
표면 민감 분석 기술들은 다음과 같다:
- 광전자 분광법
- * X선 광전자 분광법 (XPS)
- * 오거 전자 분광법 (AES)
- 전자 회절
- * 반사 고속 전자선 회절(RHEED)
- * 저속 전자선 회절(LEED)
- 전자 에너지 손실 분광법 (EELS)
- 러더퍼드 후방 산란 분광법 (RBS)
- Low-energy ion scattering영어(ISS)
- 이차 이온 질량 분석법 (SIMS)
- 이중 편광 간섭법 (DPI)
- 표면 증강 라만 산란 (SERS)
- 합주파 발생 (SFG)
- 주사 프로브 현미경 (SPM)
- * 주사형터널링현미경 (STM)
- * 원자간력 현미경 (AFM)
4. 2. 광학적 분석 기술
반사 흡수 적외선 분광법, 이중 편광 간섭법, 표면 증강 라만 분광법, 합주파 발생 분광법과 같은 순수 광학 기법은 다양한 조건에서 계면을 연구하는 데 사용될 수 있다. 다중 매개변수 표면 플라스몬 공명은 고체-기체, 고체-액체, 액체-기체 표면에서 작동하며 나노미터 이하의 층까지도 검출할 수 있다.[16] 이것은 리포좀 붕괴[17] 또는 다른 pH에서 층의 팽윤과 같은 동적 구조적 변화뿐만 아니라 상호 작용 동역학을 조사한다. 이중 편광 간섭법은 이방성 박막의 질서와 파괴를 정량화하는 데 사용된다.[18] 예를 들어, 이것은 지질 이중층의 형성과 막 단백질과의 상호 작용을 연구하는 데 사용되었다.4. 3. 음향 분석 기술
소산 모니터링이 있는 석영 결정 마이크로저울과 같은 음향 기법은 고체-진공, 고체-기체 및 고체-액체 계면의 시간 분해 측정에 사용된다.[16] 이 방법을 통해 분자-표면 상호 작용뿐만 아니라 흡착층의 구조적 변화와 점탄성 특성을 분석할 수 있다.4. 4. X선 분석 기술
X선 결정 절단 막대(CTR) 및 X선 정재파(XSW) 측정은 서브 옹스트롬 분해능으로 표면과 흡착질 구조의 변화를 조사한다. 표면 확장 X선 흡수 미세 구조(SEXAFS) 측정은 흡착질의 배위 구조와 화학적 상태를 밝힌다. 경사 입사 소각 X선 산란(GISAXS)은 표면의 나노입자의 크기, 모양 및 방향을 제공한다.[19] 결정 구조와 조직은 경사 입사 X선 회절(GIXD, GIXRD)을 사용하여 조사할 수 있다.X선 광전자 분광법(XPS)은 표면 종의 화학적 상태를 측정하고 표면 오염의 존재를 검출하기 위한 표준 도구이다. 표면 감도는 약 10~1000 eV의 운동 에너지를 갖는 광전자를 검출함으로써 달성되는데, 이는 단지 수 나노미터의 해당 비탄성 평균 자유 행로를 갖는다. 이 기법은 더 현실적인 기체-고체 및 액체-고체 계면을 조사하기 위해 근접 대기압에서 작동하도록 확장되었다(대기압 XPS, AP-XPS).[20] 싱크로트론 방사선의 고에너지 X선을 사용하여 XPS를 수행하면 수 keV의 운동 에너지를 갖는 광전자(고에너지 X선 광전자 분광법, HAXPES)가 생성되어 매몰된 계면의 화학적 정보에 접근할 수 있다.[21]
X선 회절은 고체 표면의 구조를 분석하는데 사용되는 방법 중 하나이다.[39]
4. 5. 주사 탐침 현미경
주사 탐침 현미경(SPM)은 주사 터널링 현미경(STM)과 원자간력 현미경(AFM)을 포함하여 표면의 물리적 구조를 측정하는 데 사용되는 여러 방법들을 포괄한다. 이러한 현미경은 표면 과학자들이 표면의 물리적 구조를 측정하는 능력을 크게 향상시켰다.[22][23] 예를 들어, 고체-기체 계면에서의 반응을 실제 공간에서 추적할 수 있게 해준다.전기화학에서 원자 수준으로 평평한 단결정 표면에 가해지는 전위, 시간, 용액 조건에 따른 흡착 및 탈착 현상은 주사탐침현미경/분광법[11]을 사용하여 연구할 수 있다. 이러한 연구는 순환 전압 전류법과 같은 전통적인 전기화학적 기술을 계면 과정의 직접적인 관찰과 연결한다.
지질 현상에서 광물-용액 계면의 원자 규모 구조와 화학적 특성은 주사 탐침 현미경을 사용하여 ''in situ''(원위치)로 연구된다.
5. 최근 연구 동향
최근에는 나노기술(나노테크놀로지) 붐과 함께 기능성 재료라 불리는 나노 재료 개발에 연구가 집중되고 있다. 스핀트로닉스나 새로운 촉매 개발 등이 그 예시이다.
MOSFET용 절연체 개발과 관련된 절연체 표면 연구도 활발하다. 특히 실리콘 표면에 하프늄 산화물 박막을 생성시킨 계는 높은 유전율을 가진 게이트 절연막으로 주목받고 있다. 이러한 절연막은 하이-k(high-k) 절연막이라고도 불리며, 반도체 제조업체 간 치열한 개발 경쟁이 벌어지고 있다. 하프늄을 사용한 하이-k 절연막은 기존 실리콘 절연막보다 터널 전류를 크게 줄이는 데 성공하여 반도체 칩 제조에 사용되고 있다.
5. 1. 대한민국 연구 동향
최근에는 나노기술(나노테크놀로지) 붐과 함께 기능성 재료라 불리는 나노 재료 개발에 연구가 집중되고 있다. 스핀트로닉스나 새로운 촉매 개발 등이 그 예시이다.MOSFET용 절연체 개발과 관련된 절연체 표면 연구도 활발하게 진행되고 있다. 특히 실리콘 표면에 하프늄 산화물 박막을 생성시킨 계는 높은 유전율을 가진 게이트 절연막으로 주목받아 활발히 연구되고 있다. 이러한 절연막은 하이-k(high-k) 절연막이라고도 불리며, 반도체 제조업체 간 치열한 개발 경쟁이 벌어지고 있다. 하프늄을 사용한 하이-k 절연막은 기존 실리콘 절연막보다 터널 전류를 크게 줄이는 데 성공했으며, 이를 사용한 반도체 칩도 제조되고 있다.
참조
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논문
The Nature of the Metal-Metal Bond in Bimetallic Surfaces
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논문
（第一原理）バンド計算と実験との距離
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논문
表面－分子相互作用系の量子化学計算に関する最近の動向
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