단결정 육각형 실리콘 마이크로 바늘의 혼합소스 HVPE 성장방법

이강석, 김경화, 박정현 등, New Physics: Sae Mulli 71, 659 (2021).

▲혼합 소스 수소화물기상법에 의한 단결정 육각형 Si 마이크로 바늘의 성장 과정과 이미지. (Si(111) 기판, 핵 형성, Si 마이크로 바늘의 초기 성장, 기판에서 분리, 수집 기판으로의 낙하, 단결정 육각형 Si 마이크로 바늘의 이미지)

론스달라이트(Lonsdaleite) 다이아몬드는 운석이 지구에 충돌했을 때 생기는 엄청난 열과 압력에 의해 운석 중의 흑연 구조가 변화하여 생성된 것이다. 기존의 다이아몬드와 같은 탄소 원자로 구성되어 있으나 그 결정 구조의 모양 때문에 “육각형 다이아몬드”라고 한다. 일반 다이아몬드보다 58%나 더 단단하다. 오랫동안 세계에서 가장 단단한 물질은 일반 다이아몬드로 알려져 왔지만, 이미 그 상식은 바뀌었고, 21세기는 탄소의 시대가 되었다. 이후 그래핀, 탄소나노튜브를 비롯한 다양한 연구가 지속되고 있다. 론스달라이트 실리콘(Si)은 론스달라이트 다이아몬드와 같은 육각형 구조이지만, 탄소가 아닌 Si으로 구성되어 있다. 육각형 Si 구조는 간접밴드갭인 일반(큐빅) Si과 비교하여 준직접밴드갭을 가지고 있어 현재 사용되고 있는 큐빅 Si보다 빛을 더 많이 흡수하여 태양광의 효율을 높일 수 있고, 빛을 낼 수 있어 AI 시대의 광 정보처리에 이용되는 초고밀도집적회로(ULSI)에도 응용이 가능하다. 흑연과 같은 구조를 가지고 있으나 흑연보다 10배 이상의 에너지 밀도를 가지므로 2차 전지의 음극에 사용되어 전지의 수명을 늘리고 충전시간을 단축할 수 있다. 또한 전기적 특성과 열에 의한 내구성이 뛰어나 전력소자의 재료로도 사용될 수 있다. 따라서 육각형 Si으로 기존의 큐빅 Si 산업을 크게 변화시킬 수 있다.

본 논문은 종횡비(길이/직경)가 195 이상의 단결정 육각형 Si 마이크로 바늘을 성장시키는 상압의 혼합소스 수소화물기상법을 설명한다(그림). 성장 메커니즘을 체계화하였고, 우르자이트 구조의 6-fold 대칭 관계가 성립하는 것을 확인하였으며, Raman 측정으로부터 P6₃/mmc (D⁴6h) 공간 그룹의 구조에서 발견되는 A_1g, E_1g, E_2g(TO) 피크를 얻을 수 있었다.

과학교육 관련 자기이해와 변화역량에 대한 예비물리교사의 인식

조광희, 정용재, 김희경, 최재혁, New Physics: Sae Mulli 71, 702 (2021).

우리는 미래 교육의 큰 변화의 요구에 직면해있으며, 물리교육도 예외는 아니다. 이에 교육자로서 강의 실행 능력을 함양하고 교육 전문성을 높이기 위하여, “자기이해(self-understanding)”와 “변화역량(change capacity)”의 중요성이 부각되고 있다. 지속적인 교육 개선과 발전을 위하여 교사는 자신과 자신의 교육 행위에 대한 심도 있는 성찰을 바탕으로, 현장 상황을 민감하게 인지하고 이슈를 긴밀히 포착하여 자신에게 필요한 변화의 내용과 방법을 능동적으로 탐색하고 실천할 수 있어야 한다.

이를 위한 연구 프로젝트의 일환으로 이 연구에서는 예비물리교사를 대상으로 과학교육 관련 자기이해와 변화역량에 대한 인식 조사를 실시하고 특징을 분석하였다. 이를 위해 ‘과학교육 관련 자기이해와 변화역량 조사 도구’를 이용하여, 전국 11개 사범대학 물리교육과 재학생 308명에게 온라인 설문을 실시하고 응답을 분석하였다.

분석 결과에 따르면, 전체적으로 예비물리교사들은 중등예비교사로서 가지는 자기이해에 대한 인식(5점 만점에 평균 3.81)과 중등과학예비교사로서 가지는 인식(평균 3.78)이 모두 긍정적이었으며, 서로 유사한 경향을 보였다. 변화역량에 대한 인식에서도 일반적인 변화역량 인식(평균 3.97), 중등예비교사로서의 인식(평균 3.85), 중등과학예비교사로서의 인식(평균 3.83)이 모두 긍정적이었으나, 요인에 따라 일부 유의미한 차이가 있었다. 평균을 고려하면 자기이해 중 자기효능감, 변화역량 중 변화감수성과 숙달 요인이 상대적으로 낮게 나타났다. 전체적으로 학년이나 지역 등에 따른 차이는 거의 없었으나, 성별에 따라 통계적으로 유의미한 차이가 발견되었다.

이러한 결과들은 현행 교원양성과정에서 능동적으로 변화하는 중등교사를 양성함에 있어, 현행 교육에 대한 검토와 수정이 필요함을 시사한다.

향후 평균이 낮은 요인들을 중심으로 상세 현황을 추가 조사하고 성별에 따른 차이가 나타나는 원인을 파악하고자 한다. 이를 통해, 변화와 발전을 선도하는 교사를 양성하기 위한 구체적인 교원양성과정의 개선 방향을 제안할 예정이다.