화학물질 및 리소그래피 장비없이 대면적 나노구조 제작 가능…반도체 혁신올까
[대전=뉴스봄] 육군영 기자 = 화학물질이나 고비용의 리소그래피 장비없이 반도체 핵심 소자인 강유전체를 식각하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발돼 귀추가 주목된다.
차세대 반도체 메모리의 소재로 주목을 받는 강유전체는 외부의 전기장이 없이도 스스로 분극을 가지는 특성으로 인해 차세대 메모리 소자나 작은 물리적 변화를 감지하는 센서로 활용되고 있다.
26일 KAIST 신소재공학과 홍승범 교수는 제네바대학교와 국제공동연구를 통해 강유전체 표면의 비대칭 마멸현상을 세계 최초로 관찰 및 규명했으며 이를 활용해 나노패터링 기술을 개발했다고 밝혔다.
홍 교수 연구팀에 따르면 강유전체 소재의 표면 특성에 관한 연구를 진행하는 과정에서 원자간력 현미경을 활용해 다양한 강유전체를 관찰하는 중 전기적인 분극방향에 따라 강유전체가 마찰되거나 마모되는 특성이 다르다는 것을 세계 최초로 발견했다.
이후 연구팀은 분극방향에 따라 달라지는 강유전체의 트라이볼로지 특성을 분석해 나노단위에서 강한 응력이 가해질 때 발생하는 변전효과로 인해 강유전체의 트라이볼로지 특성이 바뀐다는 것을 발견했으며 이를 나노 패터닝에 응용해 새로운 기술을 개발했다.
이 기술의 특징은 기존의 반도체 패터닝 방식과는 다르게 화학물질이나 고비용의 리소그래피 장비가 필요하지 않다는 점으로 공정시간도 매우 단축됐다.
제1 저자인 조성우 박사는 “이번 연구는 세계 최초로 강유전체 비대칭 트라이볼로지를 관찰하고 규명한 데 의의가 있고, 이러한 분극에 민감한 트라이볼로지 비대칭성이 다양한 화학적 구성 및 결정구조를 가진 강유전체에서 널리 적용될 수 있어 많은 후속 연구를 기대할 수 있다”고 설명했다.
제네바대학교 파루치(Paruch) 교수는 “변전효과를 통해 강유전체의 도메인이 분극방향에 따라 서로 다른 표면특성을 나타내는 것을 활용함으로써, 다양하고 유용한 기술들을 개발할 수 있을 것”이라며 이번 연구가 앞으로 뻗어나갈 분야에 대한 강한 자신감을 피력했다.
연구를 이끈 홍승범 교수는 “이번 연구에서 개발된 패터닝 기술은 기존 반도체 공정에서 쓰이는 패터닝 공정과 달리 화학물질을 사용하지 않고, 매우 낮은 비용으로 대면적 나노구조를 만들 수 있어 산업적으로 활용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다”고 전망했다.
한편 이번 연구는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 1월9일자 출판됐다. (논문 제목: Switchable tribology of ferroelectrics)
