나노기술 및 정책 정보

• 목록

● 성균관대학교의 김영민 교수, 삼성전자 종합기술원의 허진성 박사, 미국 Oak Ridge National Laboratory의 Sergei Kalinin 박사 공동 연구팀이 이온빔을 이용하여 차세대 반도체 소재로 주목받고 있는 하프늄옥사이드(HfO₂)의 강유전성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 세계 최초로 구현

● 강유전성을 지니는 물질을 사용할 경우, 나노미터의 매우 얇은 막 상태에서도 우수한 강유전성을 통해 반도체 소자의 집적도를 높일 수 있다는 아이디어가 이미 40여 년 전에 제안되었으나, 여러 공정 조건들이 강유전성에 큰 영향을 미치는 등 실제 적용에는 공정상 한계점이 있어 실제로 구현되지는 못했던 상황

● 이에 연구팀은 후처리 과정이나 복잡한 공정 최적화 과정 없이, ‘이온빔’이라는 하나의 변수만으로 하프늄옥사이드의 강유전성을 손쉽게 조절하고 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 제시

● 강유전성의 발현 정도는 산소 공공(산화물 재료의 결정구조에서 산소 원자가 빠져 비어있는 자리)과 밀접한 관계가 있다고 알려져 왔으며, 연구팀은 이에 착안하여 이온빔을 이용한 산소 공공의 정량적 조절을 통해 강유전성을 향상시키는 방법을 고안

● 연구팀은 이온빔을 적용한 결과, 강유전성의 증가 원인이 산소결함 밀도와 연계된 결정구조 변화에서 기인한다는 원리를 밝혀냈으며, 이온빔을 적용하지 않을 때보다 강유전성을 200% 이상 증가시킴

● 해당 연구를 통해 강유전성을 활용한 고효율 반도체 소자의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대

※ Science 게재(2022.05.13.), “Highly enhanced ferroelectricity in HfO₂-based ferroelectric thin film by light ion bombardment”

※ 과학기술정보통신부 개인기초연구사업(중견연구, 기본연구) 지원