차세대 반도체 소재로 주목받는 하프늄 옥사이드(HfO₂)의 강유전성을 획기적으로 향상하는 방법을 국내 연구진이 세계 최초로 고안했다. 연구진은 이 연구가 고효율 반도체 소자를 실용화하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대했다. 

 

13일 과학기술정보통신부(이하 과기정통부)에 따르면, 김윤석 성균관대 교수 연구팀은 이온빔을 이용해 하프늄 옥사이드의 강유전성을 200% 이상 증가시키는 방법을 고안해 학술지 사이언스에 발표했다.

 

강유전성이란, 외부 작용에 의해 분극이 됐을 때 그 외부 작용이 사라진 후에도 분극이 유지되는 물질의 성질을 가리킨다. 강유전성이 큰 물질을 사용하면 메모리에서 데이터를 저장하는 기본구조인 0과 1의 차이가 더욱 명확해져 정보보존 특성이 우수해진다. 이는 저장된 데이터를 더 정확하게 읽고 집적도를 높이는 데 기여된다. 

 

 

반도체 소자의 집적도를 높이는 방법으로 강유전성을 지니는 물질을 사용하자는 아이디어는 40년 전부터 나왔지만, 기술적 어려움으로 인해 널리 구현되지 못하고 있다.

 

김 교수 연구팀은 강유전성의 증가원인이 산소 공공과 밀접한 관계가 있다는 점에서 아이디어를 얻었다. 연구팀은 이온빔을 이용해 산소 공공을 정량적으로 조절하는 방법을 고안했고, 강유전성이 증가한 모습을 현미경을 통해 직접 관찰할 수 있었다. 

 

이온빔을 사용하는 경우에는 복잡한 공정최적화과정 등이 필요하지 않으며, 이온빔 조사밀도라는 하나의 변수만으로 손쉽게 강유전성을 조절할 수 있었다. 이번 연구는 과기정통부 개인기초연구사업 등의 지원을 받아 수행됐다. 
 

헬로티 서재창 기자 |