KAIST 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 원자간력 현미경(Atomic Force Microscopy, AFM)을 활용해 나노 수준에서 강유전체 소재의 전기적 특성을 분석하고 제어하는 통합 전략과 가이드라인을 제시하는 리뷰 논문을 발표했다.
강유전체는 외부 전기 없이도 스스로 전기적 상태를 유지하는 소재로, 전력이 끊겨도 정보가 유지되는 차세대 메모리와 정밀 센서 기술의 핵심 물질로 주목받고 있다. 반도체 소자의 초소형화가 빠르게 진행되면서 나노 단위에서 발생하는 미세한 물리 현상이 전체 소자의 성능을 좌우하게 됐고 이를 정밀하게 분석하고 제어하는 기술의 중요성도 더욱 커지고 있다.
연구팀은 AFM을 기반으로 압전반응 힘 현미경(PFM), 켈빈 탐침 힘 현미경(KPFM), 전도성 원자간력 현미경(C-AFM) 등 다양한 분석 기술을 하나로 묶어 소재의 구조와 전하 분포를 입체적으로 파악하는 통합 분석 체계를 세웠다. 이 체계는 단순한 관찰을 넘어 현미경 탐침을 통해 전기적 자극을 가해 나노 수준에서 데이터 도메인을 직접 설계하고 조작할 수 있는 연구 플랫폼으로의 진화를 의미한다.
특히 이번 연구는 탐침을 통한 기계적 압력으로 분극을 반전시키는 나노 조작 기술이 이황화몰리브덴(MoS₂)과 같은 이차원 전이금속 디칼코게나이드 물질과 초박막 하프늄지르코늄산화물(HfZrO₂ 계열) 등 차세대 반도체 소재의 스위칭 특성을 입증하는 핵심 도구임을 확인했다. 연구팀은 향후 기술 발전 방향으로 고속 원자간력 현미경(High-speed AFM)과 인공지능(AI)을 결합해 복잡한 나노 구조를 빠르게 이해하고 더 우수한 소재를 효율적으로 설계하는 방법도 제시했다.
홍승범 신소재공학과 교수는 "이번 연구는 AFM이 단순한 관찰 장비를 넘어 신소재를 설계하고 정밀하게 제어하는 핵심 공정 도구로 자리 잡았음을 보여준다"며 "인공지능과 결합한 분석 기술은 차세대 반도체 및 에너지 소재 분야에서 기술적 우위를 확보하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구에는 KAIST 신소재공학과 김연규 박사과정과 박건우 석·박사통합과정이 공동 제1저자로 참여했다. 해당 논문은 영국 왕립화학회가 발행하는 국제 학술지 '재료화학 저널 C(Journal of Materials Chemistry C)' 전면 표지 논문으로 지난 2월 26일 게재됐다. 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
헬로티 구서경 기자 |
