빛 조사 만으로 반도체 집적도 획기적으로 기술 세계 첫선

김윤석 성균관대 교수 연구팀 발표…'사이언스지'에 게재

이온빔 이용한 차세대 반도체 소재의 고성능화 세계 최초 구현

강유전성 활용한 고효율 반도체소자 실용화에 기여

▲김윤석 성균관대 교수

[서울=뉴시스] 이진영 기자 = 국내 연구진이 빛의 강도를 조절해 쏘아줌으로써 반도체 집적도를 획기적으로 향상시키는 기술을 구현했다. 우리나라 반도체 산업 경쟁력을 한 차원 끌어올릴 것으로 기대된다.

13일 과학기술정보통신부에 따르면, 김윤석 성균관대 교수(사진) 연구팀은 차세대 반도체 소재로 주목받고 있는 하프늄옥사이드(HfO2)에 '이온 빔'을 이용해서 강유전성을 획기적으로 향상하는 방법을 세계 최초로 구현했다.

강유전성이란 외부 자기장 등에 의해 물체의 일부가 양(+)극이나 음(-)극을 띠게 된 후 그 성질을 유지하게 되는 성질을 말한다. 강유전성이 크면 메모리에서 데이터를 저장하는 기본구조인 '0'과 '1'의 차이가 커져 저장된 데이터를 보다 정확하게 읽을 수 있게 된다.

이러한 강유전성을 지니는 물질을 사용할 경우 나노미터의 매우 얇은 막 상태에서도 우수한 강유전성을 통해 반도체 소자의 집적도를 높일 수 있다는 아이디어는 이미 40여년 전에 제안됐다. 그러나 실제 적용에는 복잡한 공정 최적화 과정과 필수적인 후처리 과정으로 큰 한계점이 있어 실제로 구현되지는 못했었다.

연구팀은 이온빔 조사밀도라는 하나의 변수로 강유전성을 손쉽게 조절하고 최대 200% 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법을 제시했다.

이번 연구결과는 강유전성을 활용한 고효율 반도체소자의 실용화에 기여할 수 있을 것으로 예상한다. 무엇보다 현재의 반도체 공정 패러다임을 바꿀 필요 없이 바로 적용할 수 있는 가능성도 높아 우리나라 반도체 산업 경쟁력을 한 차원 높일 것으로 기대된다.

김윤석 교수는 "이번 연구를 통해 강유전성을 활용한 고효율 반도체 소자의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다"며 "현재의 방법론적 연구 결과를 토대로 실제 반도체 산업에 적용하기 위해서는 최적 조건 탐색 등 후속 연구가 지속적으로 필요하다"고 말했다.

이번 연구 결과는 이날 국제학술지 '사이언스'에 게재됐다.


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