강유전체의 두께와 종류에 따른 분극과 터널링 효과.© News1

기초과학연구원(IBS)은 강상관계 물질 연구단과 부경대 장서형 교수 공동연구진이 강유전체 물질인 티탄산바륨으로 1.4nm(나노미터, 1nm = 10억 분의 1미터) 두께의 강유전체 초박막을구현해 냈다고 2일 밝혔다. 지금까지 강유전체 물질은 130nm 이상의 두께에서만 강유전성을 보존해 고집적·고성능 메모리를 제작에 큰 어려움을 겪어왔다.  

강유전체 물질인 티탄산바륨의 두께가 얇아지면 불균일성이 물질의 안정성에 영향을 미쳐 강유전성을 잃게 만드는 것.

연구진은 펄스 레이저 증착법으로 루테륨산스트론튬(SrRuO3)을 만들고 그 위에 티탄산바륨, 루테륨산스트론튬을 순서대로 입혀 계면이 균일한 초박막 강유전체 소자를 구현하는데 성공했다. 이 과정에서 박막 제조 중 산소 분압을 조절하는 노하우가 활용, 티탄산바륨은 박막 두께가 1.4nm에 불과함에도 강유전성을 안정적으로 유지하는 것으로 나타났다.

또한 물질이 금지된 영역을 뚫고 갈 수 있는 터널링 효과도 관측됐다. 두께가 1nm 수준으로 얇아진 티탄산바륨은 부도체 임에도 전자 투과 현상이 일어난다. 강유전성을 보이는 동시에 터널링이 가능해 강유전체 메모리의 정보를 잃게 되는 현상인 ‘파괴적 읽기’를 보완할 수 있다. 노태원 연구단장은 “강유전체 박막 두께를 1nm로 줄이면 메모리 소자의 구동 속도 향상과 적은 전력소모를 가능하게 한다”면서 “앞으로 차세대 메모리로 꼽히는 강유전체 터널접합 메모리 개발에 큰 도움을 줄 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제과학저널 ‘어드밴스드 머티리얼스’ 3월 3일자 온라인판에 게재됐다.

연구진이 구현한 1.4nm 두께의 강유전체 물질.© News1

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