[국제i저널=서울]성균관대학교 신소재공학부 김윤석 교수가 주도하고, 독일 막스플랑크 연구소 (MPI), 미국 오크리지 국립연구소(ORNL)과 공동으로 원자현미경*을 이용하여 강유전* 메모리소자 분석을 위한 다차원 나노분석기술을 개발했다.

* 원자현미경(原子顯微鏡, Atomic Force Microscopy) : 탐침을 시편 표면 가까이 가져갈 때 생기는 원자간의 상호 작용력을 이용하여, 시편 표면의 형상을 측정하는 장치.

* 강유전(强誘電, Ferroelectric) : 강유전은 전기장을 인가하지 않아도 전기적 분극을 띠는 상태를 말하며, 이러한 물질을 강유전체라고 한다. 외부전기장을 인가하면 강유전체의 분극 방향을 바꿀 수 있기 때문에 차세대 반도체 및 정보저장 소자에 활용된다.

기존의 강유전 메모리 소자의 분극 분석 기술들의 경우, 공간적 분석이나 준안정상태의 분석에 있어서 한계를 보여주었으나, 이러한 한계를 극복하여 소자내의 공간적인 분극 변화에 대한 실시간 다차원 분석을 가능케 하는 분석기술을 개발한 것이다.

차세대 메모리 소자 중의 하나인 강유전 메모리소자에서의 강유전 분석 거동 메커니즘의 규명에 대해서 현재 전 세계적으로 활발히 연구되고 있으며, 현재까지 강유전 분석 거동 분석을 위해서 기존에 이용되는 전류기반 거시적 분석 기술의 경우, 공간적 분석이 불가능하며, 기존의 원자현미경을 이용한 분석 기술의 경우도 분극 변화 분석 시간이 수분에 소요되어, 정확한 분석이 어렵다는 단점을 가지고 있다.

이에 연구팀은 원자현미경을 이용한 그리드 측정 시스템(Grid measurements) 기반의 분석기술을 도입하여, 공간적인 분극 변화에 대한 실시간 다차원 분석기술을 구현하는데 성공한 것이다.

김윤석 교수는 “기존의 강유전 분극 분석기술의 한계를 극복하여, 강유전 분극의 변화를 공간적으로 관찰할 수 있게 해주고 다른 메모리소자 분석에도 이용될 수 있는 분석기술로써, 국내·외 차세대 메모리 분석기술에 대해 큰 파급효과가 있을 것으로 기대된다고” 밝혔다.

이 연구결과는 재료분야 세계 최고수준 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials) 誌 8월 26일 호에 표지논문으로 게재될 예정이다. (논문명: Universality of polarization switching dynamics in ferroelectric capacitors revealed by 5D piezoresponse force microscopy / 5차원 원자현미경을 이용한 강유전 커패시터에서의 강유전 분극 거동 연구)

표지논문 링크:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.v23.32/issuetoc )