이온빔 활용해 차세대 반도체 소재 실현…김윤석 성대 교수 `1월 과기인` 선정

이온빔으로 강유전성 향상에 공헌
고효율 반도체 소자 실용화 기여
과학기술정보통신부와 한국연구재단은 이달의 과학기술인상 '1월 수상자'로 김윤석 성균관대 교수를 선정했다고 4일 밝혔다.

김 교수는 차세대 반도체 소재인 '하프늄옥사이드'의 강유전성 발현 원인을 밝히고, 이온빔을 이용해 강유전성을 높이는 기술을 개발해 반도체 소자 기술 경쟁력 강화에 기여한 공로를 인정받았다.

강유전성은 외부 전기자장 등에 의해 물체의 일부가 양극이나 음극을 띄게된 후 그 극성을 유지하는 성질을 의미한다.

강유전성이 큰 반도체 소재는 메모리에서 데이터를 저장하는 기본구조인 '0'과 '1'의 차이가 커져 저장된 데이터를 보다 정확하게 읽을 수 있다. 이 때문에 나노미터 크기 수준의 얇은 막에서도 우수한 강유전성을 가진 하프늄옥사이드는 메모리, 트랜지스터 등 기존 산화물을 대체할 차세대 반도체 소재로 주목받고 있다.

하지만 최근까지 하프늄옥사이드의 강유전성 발현 원인이 밝혀지지 않았으며, 강유전성 증대를 위해 복잡한 후처리 공정이 필요해 실제 반도체 소자의 초고집적화 실현에 어려움이 있었다.

김 교수 연구팀은 이온빔으로 산소결함을 정량적으로 조절해 하프늄옥사이드의 강유전성을 높이는 방법을 개발하는 등 복잡한 공정과 후처리 과정 없이 이온빔 조사밀도 조절만으로 강유전성을 강화했다. 아울러 강유전성 증가 원인이 산소결함 밀도와 연계된 결정구조 변화에서 생긴다는 원리도 밝혀냈다.

이 연구성과는 지난해 5월 국제 학술지 '사이언스'에 실렸다.

감윤석 교수는 "앞으로 강유전성을 활용한 고효율 반도체 소자의 실용화를 앞당기기 위한 연구를 이어가겠다"고 말했다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr