이온빔을 이용한 하프늄옥사이드 기반 강유전체의 변이 과정 개념도. 김윤석 교수 제공차세대 반도체 소재의 기능을 획기적으로 높일 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.
과학기술정보통신부는 김윤석 교수(성균관대학교) 연구팀이 차세대 반도체 소재인 하프늄옥사이드에 이온빔을 이용해 강유전성을 크게 향상시킬 수 있는 방법을 세계 최초 구현됐다고 13일 밝혔다.
강유전성이란 외부 자기장 등에 의해 물체의 일부가 양극이나 음극을 띄게 된 뒤 그 성질을 유지하는 것으로 강유전성이 크면 저장된 데이터를 보다 정확하게 읽을 수 있다는 뜻이다.
이런 가운데 하프늄옥사이드는 몇 나노미터(nm)의 얇은 막 상태로도 우수한 강유전성을 나타내 차세대 반도체 소재로 관심을 모아왔다.
다만 강유전성을 증대시키는 후처리과정을 거치면서 여러 공정 조건들이 강유전성에 영향을 미치기 때문에 실제로 적용되기에는 한계가 있었다.
이에 대해 연구팀은 후처리과정 없이 이온빔을 사용해 하프늄옥사이드의 강유전성을 획기적으로 높일 수 있는 방법을 제시했다.
하프늄옥사이드 기반 강유전체의 강유전성 발현 정도는 산소와 밀접한 관계가 있는데 이온빔을 이용해 산소를 정량적으로 조절하는 방법으로 강유전성을 크게 향상시킨다는 것이다.
이렇게 하면 강유전성에 영향을 미치는 복잡한 후처리과정을 거치지 않고 이온빔만으로 강유전성을 200% 이상 증가시킬 수 있다고 연구진은 설명했다.
김윤석 교수는 "이번 연구를 통해 강유전성을 활용한 고효율 반도체 소자의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다"며 "실제 반도체산업에 적용하기 위해서는 최적 조건 탐색 등의 연구가 지속적으로 필요하다"고 말했다.
과기부 개인기초연구사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 국제학술지인 '사이언스'에 이날 게재됐다.