한국산업기술대 안승언 교수팀, ‘국제학술지 표지논문’ 선정

안승언 교수팀 Advanced Materials Interfaces 표지 장식

사진=한국산업기술대학교

한국산업기술대학교(총장 박건수·이하 산기대) 나노반도체공학과 안승언 교수 연구팀의 연구결과가 재료과학분야 저명 학술지 ‘Advanced Materials Interfaces’에 12월 4일자 표지논문으로 선정됐다.

연구팀은 최근 학계와 산업계의 큰 관심을 받고 있는 강유전체(자연 상태에서 전기를 가진 물질)의 분극반전시 나타나는 음의 커패시턴스(전기용량) 현상을 직접적으로 관찰함과 동시에 저 전력 트랜지스터 응용을 위한 회로 관점의 동작 모델을 제시했다.

초미세 반도체 공정기술의 발전으로 반도체 소자의 초고집적화가 가능해진 반면에 소자를 구동시키는데 필요한 전력은 반도체 소자의 크기가 작아지는 만큼 효과적으로 감소하지 못했다.

따라서 단위면적당 소자의 수가 증가한 만큼 전력 소비가 기하급수적으로 증가하고 발열도 심각해진다. 이는 빅데이터, 인공지능, 사물인터넷 기술의 지속적인 발전을 위해서는 필수적으로 필요한 저전력 반도체 소자 개발 과정에서 해결해야 할 과제로 여겨지고 있다.

본 연구에서는 트랜지스터 게이트 구조에 적용 가능한 하프늄 산화물 강유전체에서 분극 반전시에 필요한 보상 전하의 흐름을 인위적으로 제어해 음의 커패시턴스 현상을 재현했다. 또한 순간적으로 게이트 전압을 증폭시켜 저전력 반도체 구현이 가능함을 제시했다.

하프늄 산화물 강유전체는 나노스케일의 두께에서도 우수한 강유전성을 유지할 수 있으며 기존 반도체 공정과 우수한 호환성을 가지고 있어 비휘발성 메모리 반도체, 초저전력 반도체 등에 응용 가능한 소재이다.

안승언 교수는 "저전력 반도체 구현을 위한 음의 커패시턴스 효과를 인위적으로 제어할 수 있음을 실험적으로 증명함으로써 차세대 반도체 분야의 기술적, 학문적 도약에 기여를 할 것으로 기대 한다”고 말했다.

한편 안단태 석사과정학생이 함께 수행한 이번 연구 논문 “Compensation Charge Control and Modeling for Reproducing Negative Capacitance Effect of Hafnia Ferroelectric Thin Films”는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 중견 연구자 지원 사업으로 수행됐다.