국내 연구진이 1나노미터(㎚·10억 분의 1m) 대의 강유전체 초박막 구현에 성공했다.
기초과학연구원(IBS) 강성관계물질연구단(단장 노태원)과 부경대 공동 연구진은 강유전체 물질인 티탄산바륨으로 1.4㎚ 두께의 강유전체 초박막을 만들어냈다고 2일 밝혔다.
강유전체는 전기장이나 자기장 등 외부 자극 없이도 스스로 분극을 갖는 재료로, 외부 전기장에 의해 분극 방향이 바뀔 수 있는 물질이다. 이를 이용한 강유전체 메모리는 기존 실리콘 기반 플래시메모리보다 전력소모가 적고 읽고 쓰는 속도가 빨라 2000년대 초까지 상용화 연구가 활발했다.
하지만 강유전체 물질은 130㎚ 이상 두께에서만 강유전성이 뚜렷하게 나타나 고집적·고성능 메모리로 만드는 데 한계가 드러났다. 두께를 유지한 채 성능을 끌어올리면 생산단가가 올라가 상대적으로 저렴한 실리콘 플래시메모리 연구에 주도권을 내줬다.
연구팀은 이런 현상의 원인으로 페로브스카이트 구조의 산화물 금속과 강유전체 물질 사이의 계면에 나타나는 단일 원자 수준의 불균일성에 주목했다. 티탄산바륨의 두께가 얇아지면 불균일성이 물질의 안정성에 영향을 미쳐 강유전성을 잃게 된다. 연구팀은 이론을 바탕으로 '펄스 레이저 증착법'으로 루테륨산스트론튬을 만들고, 그 위에 티탄산바륨, 루테륨산스트론튬을 차례로 입혀 계면이 균일한 초박막 소재를 실제로 구현했다.
연구팀이 구현한 티탄산바륨은 두께가 1.4㎚에 불과함에도 강유전성을 안정적으로 유지했으며, 전자 파동이 얇은 장벽을 투과하는 '터널링' 효과도 관측돼 차세대 메모리로 꼽히는 '강유전체 터널접합 메모리' 구현 가능성을 확인했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스' 온라인판에 게재됐다.
남도영기자 namdo0@dt.co.kr
기초과학연구원(IBS) 강성관계물질연구단(단장 노태원)과 부경대 공동 연구진은 강유전체 물질인 티탄산바륨으로 1.4㎚ 두께의 강유전체 초박막을 만들어냈다고 2일 밝혔다.
강유전체는 전기장이나 자기장 등 외부 자극 없이도 스스로 분극을 갖는 재료로, 외부 전기장에 의해 분극 방향이 바뀔 수 있는 물질이다. 이를 이용한 강유전체 메모리는 기존 실리콘 기반 플래시메모리보다 전력소모가 적고 읽고 쓰는 속도가 빨라 2000년대 초까지 상용화 연구가 활발했다.
하지만 강유전체 물질은 130㎚ 이상 두께에서만 강유전성이 뚜렷하게 나타나 고집적·고성능 메모리로 만드는 데 한계가 드러났다. 두께를 유지한 채 성능을 끌어올리면 생산단가가 올라가 상대적으로 저렴한 실리콘 플래시메모리 연구에 주도권을 내줬다.
연구팀은 이런 현상의 원인으로 페로브스카이트 구조의 산화물 금속과 강유전체 물질 사이의 계면에 나타나는 단일 원자 수준의 불균일성에 주목했다. 티탄산바륨의 두께가 얇아지면 불균일성이 물질의 안정성에 영향을 미쳐 강유전성을 잃게 된다. 연구팀은 이론을 바탕으로 '펄스 레이저 증착법'으로 루테륨산스트론튬을 만들고, 그 위에 티탄산바륨, 루테륨산스트론튬을 차례로 입혀 계면이 균일한 초박막 소재를 실제로 구현했다.
연구팀이 구현한 티탄산바륨은 두께가 1.4㎚에 불과함에도 강유전성을 안정적으로 유지했으며, 전자 파동이 얇은 장벽을 투과하는 '터널링' 효과도 관측돼 차세대 메모리로 꼽히는 '강유전체 터널접합 메모리' 구현 가능성을 확인했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스' 온라인판에 게재됐다.
남도영기자 namdo0@dt.co.kr
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