강유전체는 메모리 소자에서 전하를 잘 저장하기 때문에 ‘전기를 기억하는 소재’와 같다는 특성으로 차세대 반도체 기술 개발에 있어 핵심 소재로 부각되고 있다. KAIST 연구진이 이러한 강유전체 소재를 활용해 현재 메모리 반도체 산업의 양대 산맥인 디램(DRAM)과 낸드 플래시(NAND Flash) 메모리의 한계를 극복한 고성능, 고집적 차세대 메모리 소자를 개발하는데 성공했다. KAIST는 전상훈 교수 연구팀이 하프니아 강유전체 소재를 활용한 차세대 메모리 및 스토리지 메모리 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 하프니아 강유전체 소재는 비휘발성 절연막으로 CMOS 공정 호환성, 동작 속도, 내구성 등의 우수한 물리적 특성을 바탕으로 차세대 반도체의 핵심 소재로 활발하게 연구되고 있는 물질이다. 디램 메모리는 우리가 스마트폰, 컴퓨터, USB 등에서 사용하는 데이터를 저장하는 휘발성 메모리다. 휘발성 특성으로 인해 외부 전력이 끊어지면 저장된 데이터가 손실되지만, 공정 단가가 낮고 집적도가 높아 메인 메모리로 활용돼 왔다. 하지만 디램 메모리 기술은 소자의 크기가 작아질수록 디램 소자가 정보를 저장하는 저장 커패시터의 용량도 작아지게 되고 더 이상 메모리 동작을
차세대 메모리 소자인 '강유전체' 내부의 분극 이론이 20년 만에 실험으로 입증됐다. 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 양용수 교수 연구팀은 포항공대, 서울대, 한국기초과학지원연구원, 미국 로런스 버클리 국립연구소·아칸소대 연구팀과의 국제협력 연구를 통해 강유전체 내부의 3차원 소용돌이 형태 분극 분포를 실험적으로 처음 증명했다고 30일 밝혔다. 강유전체는 스스로 자화 상태를 유지할 수 있는 강자성체처럼 외부 전기장 없이도 분극 상태를 유지할 수 있는 물질이다. 강자성체를 nm(나노미터·1nm = 10억분의 1ｍ) 크기로 작게 만들면 자석의 성질을 잃어버리게 되는데, 나노 강유전체가 어떤 성질을 갖게 되는지는 알려지지 않았다. 로랑 벨라이쉬 아칸소대 교수팀은 20년 전 아주 작은 나노 크기의 0차원 강유전체 내부에 특이한 형태의 분극 분포가 발생할 수 있음을 이론적으로 제시했다. 차세대 메모리 소자로 응용하기 위해서는 이런 분극 분포를 제어하는 기술이 핵심인데, 분극 측정이 어려운 탓에 실험적으로 규명되지 못했다. 연구팀은 전자현미경으로 다양한 각도의 투과전자현미경 이미지를 획득한 뒤 재구성 알고리즘을 통해 3차원으로 재구성, 원자 분해능 전자토모그래피 기
국내 연구진이 기존 반도체 패터닝 방식과 다르게 화학물질 없이 식각하는 기술을 세계 최초 개발했다. 식각(에칭)은 화학약품의 부식작용을 응용한 소형(塑型)이나 표면가공의 방법이다. 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 홍승범 교수가 제네바대학과 강유전체 표면의 비대칭 마멸 현상(물체 표면의 재료가 점진적으로 손실 또는 제거되는 현상)을 세계 최초로 관찰·규명하고 이를 활용해 혁신적인 나노 패터닝 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 나노 패터닝 기술은 나노스케일로 소재의 표면에 정밀한 패턴을 생성해 다양한 첨단 기술 분야에서 제품 성능을 향상시키는 기술이다. 연구팀은 강유전체 소재의 표면 특성에 관한 연구에 집중했다. 연구팀은 원자간력 현미경을 활용해 다양한 강유전체의 트라이볼로지(마찰 및 마모) 현상을 관찰했고, 강유전체의 전기적인 분극 방향에 따라 마찰하거나 마모되는 특성이 다르다는 것을 세계 최초로 발견했다. 연구팀은 또 이러한 분극 방향에 따라 달라지는 트라이볼로지의 원인으로 변전 효과에 주목했다. 이를 통해 강유전체의 트라이볼로지 특성이 나노 단위에서 강한 응력이 가해질 때 발생하는 변전 효과로 인해 강유전체 내부의 분극 방향에 따른 상호작용으로 트
강유전체 소재의 비휘발성과 기능성, 열적 안정성 대폭 개선 한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 전상훈 교수 연구팀이 반도체 3차원(D) 집적 공정 중 열처리에도 안정적인 강유전체 소재를 개발했다고 12일 밝혔다. 외부 전기장 없이도 스스로 분극을 갖는 강유전체는 비휘발성 때문에 메모리 소자에 활용할 수 있지만, 고온에서 안정성을 확보해야 한다. 연구팀은 반도체 3D 집적 공정의 열처리 과정에서 비휘발성을 유지하고 우수한 내구성을 가지는 하프니아 강유전체 소재·공정 기술을 개발했다. 이 소재는 상보성 금속 산화막 반도체(CMOS) 공정 호환성, 동작 속도, 내구성 등 우수한 물리적 특성을 바탕으로 차세대 반도체 핵심 소재로 연구되는 물질이다. 연구팀은 강유전체 소재의 비휘발성과 기능성, 열적 안정성을 획기적으로 개선했다. 연구팀은 750도 이상의 열을 30분가량 가한 후에도 우수한 강유전성이 발현되는 것을 확인했다. 전상훈 교수는 "이번 연구 성과는 답보상태인 강유전체 소재 기반 3D 메모리 및 회로 집적 기술 개발에 돌파구가 될 것"이라며 "향후 고집적·고효율 시스템을 개발하는 데 핵심 역할을 할 것"이라고 기대했다. 이번 연구 결과는 지난 5일 반
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