– 나노레터스誌 발표, 테라비트급(1조비트) 강유전 소자 한계 극복 가능성 열어”

블록 공중합체 나노 구조를 이용한 초고집적 강유전 나노 구조가 국내 연구진에 의해 구현되어, 강유전 기반 소자의 집적도 한계 극복에 한 걸음 더 다가서게 되었다.

김진곤 교수(포스텍 화학공학과)의 주도 하에, △김영석 석박사 통합 과정생 △백성기 교수(포스텍 신소재공학과) △한희 박사 등이 참여하고, 독일의 막스플랑크 연구소(MPI) 및 한국표준과학연구원 등과 공동으로 진행된 이번 연구는 교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단 (이사장 박찬모)이 추진하는 ‘리더연구자지원사업(창의적 연구)’, ‘2단계 BK21사업’ 및 독일 훔볼트 재단 등의 지원을 받아 수행되었다.

연구 결과는 나노 분야에서 세계적으로 권위 있는 과학저널인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’誌 5월호 온라인 판에 게재되었다.

김진곤 교수 연구팀은 20nm(나노미터)의 매우 작은 크기에도 강유전체 고유의 특성을 그대로 유지하는 초고집적 강유전 나노 소자 개발에 성공하였다. 

강유전체는 전기장이 없는 상태에서도 전기적 분극을 유지하는 물질로, 센서나 액추에이터 등에 활용되었지만, 최근에는 기존의 휘발성 정보저장 소자를 대체할 비휘발성 소자로 응용될 수 있는 가능성에 주목을 받았다.

비휘발성 정보저장 소자는 전원이 없이도 저장된 정보를 잃지 않는 특성이 있어, 전력 소모를 최소화하고 부팅시간을 단축하는 등 장점을 가지고 있다.

그러나 지금까지 강유전체 나노 구조 구현의 어려움과 현재까지 강유전성이 유지되는 크기가 60nm로 고집적화의 어려움 때문에 상용화할 수 있는 강유전 소자를 개발하지 못했다.

김진곤 교수팀은 블록 공중합체가 형성된 나노 구조에 강유전체를 포집(捕集)하여, 강유전성을 지닌 가장 작은 크기의 나노 입자 정렬 구조를 만들었다.

또한 블록 공중합체가 제거된 후에도 한 번 형성된 강유전체 나노 정렬 구조는 지속적으로 온전히 유지된다는 사실도 확인하였다.

김진곤 교수는 “이번 연구에서 구현된 강유전 나노 입자는 0.2Tb/in2 이상의 높은 집적도를 보였고, 블록 공중합체 나노구조의 간격을 줄일 경우, 최대 1.2Tb/in2까지 집적도를 높일 수 있는 가능성을 열었다. 이를 구현하면, 전원 없이도 저장된 정보를 잃지 않는 차세대 노트북, 컴퓨터 등을 개발할 수 있을 것으로 기대된다”라고 연구 의의를 밝혔다.