새해 첫 달 '이달의 과학기술인상'에 김윤석 성균관대 교수

이온빔을 이용한 차세대 반도체소재 고성능화 실현

[이데일리 강민구 기자] 차세대 반도체 소재인 하프늄옥사이드(HfO2)의 강유전성(양극이나 음극을 유지하는 성질) 발현 원인을 알아내고, 이 성질을 높이는 기술을 개발한 연구자가 공로를 인정 받았다.

김윤석 성균관대 교수.(사진=과학기술정보통신부)

과학기술정보통신부와 한국연구재단은 ‘이달의 과학기술인상’ 1월 수상자로 김윤석 성균관대 신소재공학부 교수를 선정했다고 4일 밝혔다.

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1000만원을 주는 상이다.

강유전성이 큰 반도체 소재는 메모리에서 데이터를 저장하는 기본구조인 ‘0’과 ‘1’의 차이가 커져 저장된 데이터를 보다 정확하게 읽을 수 있다. HfO2는 나노미터 수준의 얇은 막에서도 우수한 강유전성을 보이기 때문에 메모리, 트랜지스터 등 기존 산화물을 대체할 차세대 반도체 소재로 꼽힌다.

하지만, HfO2의 강유전성 발현 원인이 밝혀지지 않았고, 강유전성을 높이려면 후처리 공정이 복잡해 실제 반도체 소자를 초고집적화하는데 어려움이 있었다.

연구팀은 강유전성 발현 정도가 산화물 재료 결정구조의 산소 공공(산소 원자가 빠져 비어있는 자리)과 밀접한 관계가 있다는 사실에 착안해 이온빔으로 산소결함을 조절하고, HfO2의 강유전성을 높였다. 관찰 결과, 기존 대비 200% 이상 강유전성이 증가했다. 또 강유전성 증가 원인이 산소결함 밀도와 연계된 결정구조 변화에서 온다는 원리도 규명했다.

김윤석 교수는 “새해 첫 ‘이달의 과학기술인상’을 받게 되어 영광”이라며 “앞으로 원자힘현미경 기반의 나노크기 전기·기계적 물성 분석법이 강유전성 발현 원인 규명처럼 기초 연구뿐만 아니라 산업현장까지도 널리 적용되도록 연구를 해나갈 계획”이라고 했다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)