나이오븀(Nb)은 전이온도(Tc)가 9.25 K으로 단일 원자 물질 중 Tc가 가장 높은 BCS 초전도 체이다. 하지만 나이오븀을 박막으로 제작하면 대체로 Tc가 낮아진다. 본 연구에서는 DC 마 그네트론 스퍼터링으로 나이오븀 박막을 실리콘 기판에 증착 하여 기판 온도와 DC 파워에 따라 박막의 Tc가 저하되는 원인을 구조 분석과 표면 분석을 통해 알아보았다. 더불어 최적 화된 조건에도 박막 두께에 따라 Tc가 낮아지는 현상을 관찰하였다. 일반적으로 물리적 기 상 증착법을 이용하면 박막이 휘어 전체적으로 변형이 일어난다. 본 연구에서는 다양한 두 께로 증착한 나이오븀 박막에서 X-ray 회절 피크의 Bragg 회절각도(2𝜃𝜃)가 변하는 것을 측 정하여 박막의 변형 정도가 다름을 확인하였다. 이 구조적 변형이 Tc에 미치는 영향을 알아 보기 위해 범밀도함수 이론(DFT) 계산을 수행하였다. 구조적 변형은 나이오븀의 체심입방구 조(bcc)가 부피가 일정한 채로 정방정구조(tetragonal)로 변형되는 경우로 가정하였다. 이 러한 구조적 변형으로 전자-포논 상호작용이 약해지며, 결과적으로 페르미 에너지 준위에서 의 상태밀도함수(DOS at EF)가 감소하고 Tc가 낮아짐을 확인하였다. 한편, 구조적인 변화가 없는 경우 페르미 에너지를 낮추면 DOS가 높아지면서 Tc가 높아질 여지가 있음을 계산하였 다. 실험적으로는 구조적인 변화 없이 정공/전자를 도핑할 수 있는 전기이중층(EDL) 효과를 나이오븀 박막에 사용하여 Tc가 높아짐을 확인하였다. 또한, 박막에 존재하는 변형을 압력 을 가해 없애고 동시에 전기이중층 효과를 가하는 방법을 고안하여 시도하였다.
Thesis Advisor: Prof. Younjung Jo