단국대, 강유전 액정 소재 개발...초고밀도 메모리 시대 앞당겨

단국대-UNIST 공동 연구...상온에서 분극 유지하는 강유전체 구현
액정 특성 접목해 미세 공정 한계 극복...차세대 FeRAM 활용 기대

박성원 단국대 화학과 박사과정, 조병기 교수, 변재덕 박사.(왼쪽부터)/사진제공=단국대

단국대학교는 최근 조병기 화학과 교수 연구팀이 강유전성과 액정 특성을 결합한 차세대 메모리 소재를 세계 최초로 개발했다고 27일 밝혔다.

현재 상용화된 메모리 기술은 디램(DRAM)이나 낸드플래시(NAND Flash)에 기반한다. 하지만 이들 메모리는 전원이 꺼지면 데이터가 소실되거나 집적도에 기술적 한계가 있어 고밀도 메모리 구현에 한계가 있다. 이에 따라 비휘발성 특성을 지닌 강유전체(Ferroelectric Material)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

강유전체는 외부 전기장이 사라져도 내부 분극 상태를 유지해 전원이 꺼져도 정보를 보존할 수 있는 저전력 비휘발성 메모리 소자에 적합하다. 그러나 기존 강유전체는 미세화 공정에서 분극을 안정적으로 유지하기 어렵고, 일부 정보가 소실되거나 왜곡되는 문제가 잦았다.

조 교수팀은 이 같은 기술적 한계를 극복하기 위해 '트라이아졸' 기반 화합물과 액정 특성을 융합, 나선형 원기둥 구조의 강유전체를 개발했다.

해당 강유전체는 상온에서도 안정적으로 분극 상태를 유지하며, 전기장을 통해 분극 방향을 제어할 수 있다. 전원이 차단된 상황에서도 데이터를 보존할 수 있는 것이다.

특히 원기둥 지름이 3나노미터(nm)로 매우 작아 동일한 면적에 더 많은 셀을 배치할 수 있다. 전력 소모를 줄이면서도 저장 밀도를 높일 수 있는 기술로 고집적 차세대 메모리 소자에 최적화된 특성을 지닌다.

조 교수는 "이번에 개발한 소재는 안정적인 나선형 구조를 통해 정보를 완전하게 유지할 수 있다. FeRAM(강유전체 램)과 같은 고성능 메모리 개발에 유리하다"며 "향후 전자 종이, 유연한 압전 센서, 웨어러블 기기 등 다양한 분야에서도 활용될 수 있을 것"이라고 설명했다.

한편 조 교수팀은 신태주 UNIST(Ulsan National Institute of Science and Technology, 울산과학기술원) 교수팀과 함께 연구를 수행했다.

연구 결과는 'Helical Columnar Liquid Crystal Exhibiting Both Polarization Retention and Ferroelectric Switching at Room Temperature'라는 제목으로 화학 분야 국제학술지 'Angewandte Chemie International Edition'(IF=16.1)에 게재됐다.

조병기 단국대 화학과 교수팀의 연구자료 이미지./사진제공=단국대

권태혁 기자 taehkd@mt.co.kr