(서울=연합뉴스) 문다영 기자 = 과학기술정보통신부와 한국연구재단은 '이달의 과학기술인상' 1월 수상자로 성균관대학교 신소재공학부 김윤석 교수를 선정했다고 4일 밝혔다.
김 교수는 차세대 반도체 소재인 하프늄옥사이드(이하 'HfO₂')의 '강유전성'을 높이는 기술을 개발해 반도체 소자 기술 경쟁력을 강화한 공을 인정받았다.
강유전성이란 외부 전기장 등에 의해 물체의 일부가 양(+)극이나 음(-)극을 띠게 된 후 그 극성을 유지하는 성질을 말한다.
강유전성이 큰 반도체 소재는 메모리에서 데이터를 저장하는 기본구조인 '0'과 '1'의 차이가 벌어져 저장된 데이터를 더욱 정확하게 읽을 수 있다.
HfO₂는 나노미터(㎚) 수준의 얇은 막에서도 우수한 강유전성을 보이며 메모리, 트랜지스터 등 기존 산화물을 대체할 차세대 반도체 소재로 꼽힌다.
다만 그간 HfO₂에서 어떻게 강유전성이 발현되는지는 밝혀지지 않았고, 강유전성을 높이는 공정도 복잡해 반도체 소자의 초고 집적화 실현에 어려움이 있었다.
이에 김 교수 연구팀은 강유전성 발현 정도가 산화물 재료 결정구조의 산소 공공(산화물 재료의 결정구조에서 산소 원자가 빠져 비어있는 자리)과 밀접한 관계가 있다는 점에서 아이디어를 얻었다.
연구팀은 가볍고 미세 제어가 가능한 이온빔을 HfO₂ 기반의 강유전성을 지닌 물체에 조사해 산소 공공을 형성했다. 이온빔이란 전기장이나 자기장으로 전하를 띤 원자의 방향을 정렬해 만든 흐름이다.
그 결과 기존 대비 200% 이상 강유전성이 증가했음이 확인됐다.
동시에 연구팀은 강유전성 증가 원인이 산소결함 밀도와 연계된 결정구조 변화에서 기인한다는 원리를 규명할 수 있었다.
김 교수는 이러한 연구성과에 대해 "이온빔이라는 하나의 변수만으로 물성을 쉽게 제어하고 고성능화할 수 있는 가능성을 열었다"며 "강유전성을 활용한 고효율 반도체소자의 실용화에 기여할 수 있을 것으로 생각된다"고 설명했다.
연구성과는 국제학술지 사이언스(Science)에 지난해 5월 게재됐다.
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