나노기술 및 정책 정보

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● 김용훈 박사(한국재료연구원), 송경 박사(한국재료연구원) 및 황현상 교수(포항공대) 공동 연구팀은 2차원 소재인 이황화 텅스텐(WS2)*과 강유전체 하프늄지르코늄산화물(HZO)의 이종접합 기술을 개발해 계면 안정성과 우수한 결정성을 동시에 구현하는 데 성공

* 이황화 텅스텐(WS2) : 텅스텐과 황으로 이뤄진 2차원 재료 중 하나로 얇은 원자층의 구조를 가졌고 수 나노미터 두께로도 고유의 물성을 가져 반도체나 에너지 저장 장치 등에 주로 활용되는 물질

● 연구팀은 하부 전극과 HZO 계면 안정성을 유지하고자 이황화 텅스텐 소재를 삽입한 후 불필요한 화학 반응을 최소화해 하부 전극 표면을 보호하고 HZO 박막 표면의 산소 원자 이동을 제어하는 기술로 계면 안정성뿐만 아니라 HZO의 강유전체 특성을 극대화하는 결과

● 2차원 이황화 텅스텐과 HZO의 이종접합 기술은 강유전체 기반의 차세대 비휘발성 메모리 소자를 구현하는 중요한 기술적 돌파구로 평가받고 있으며, 이황화 텅스텐이 고온 환경에서 하부 전극을 보호함과 동시에 이황화 텅스텐의 격자 상수

와 HZO의 특정 면 간 거리가 유사하다는 특성을 이용해 물질 도메인 방향성을 제어하고 극대화함으로써 소자 간 신뢰성을 높일 수 있음을 확인

● 본 연구는 HZO를 활용해 비휘발성 메모리 소자 상용화의 가장 큰 난제였던 무질서한 도메인의 제어 문제를 해결함으로써 신뢰성과 내구성이 높은 비휘발성 메모리 특성을 확보할 수 있을 것으로 기대      

2024 International Electron Devices Meeting (IEDM) (2024), Record Endurance (> 1012 cycles), High Polarization (2Pr > 50 μC/cm2), and 10-year Data Retention (85 oC) in HZO Capacitors with WellOrdered Ferroelectric Domain Structures via 2D-WS2 Interface