차세대 반도체 후보물질 발견

차세대 반도체 후보물질 발견

국내 연구진이 차세대 반도체 소재로 활용할 수 있는 새로운 물질을 발견했다.

교육과학기술부와 한국연구재단은 양찬호 KAIST 교수가 주도하고 포스텍 박재훈·정윤희 교수, 서울대 김기훈 교수가 참여한 연구팀이 비스무스(Bi) 철산화물 단결정 박막에서 강유전(ferroelectricity) 상전이(Phase transition) 온도와 자성 상전이 온도가 같아지는 현상을 확인했다고 22일 밝혔다.

강유전은 전기장을 걸지 않아도 자연 상태에서 양이온과 음이온으로 분리돼 주변에 전기장이 형성된 상태를 말한다.

상전이 온도란 물질이 갖는 성질(phase)이 바뀌는 특정 온도로, 예를 들어 어떤 온도에서 어떤 강유전체가 전기장을 잃는다면 그 온도를 '강유전 상전이' 온도라고 한다.

비스무스(Bi) 철산화물은 강유전체인 동시에 자기장을 만드는 자성체, 즉 전기·자기적 성질을 모두 가진 '다강체(mulitiferroic)'다.

연구진이 비스무스 철산화물을 특정 기판 위에서 압축해 단결정 박막으로 만들자, 같은 온도에서 강유전과 자성의 상전이가 이뤄지는 것을 발견했다. 이처럼 두 이질적 현상이 하나의 물질에서 동시에 일어나는 것은 대단히 희귀한 일로, 전례가 없다는 게 연구진의 설명이다.

양찬호 교수는 "전기적, 자기적 성질의 연관성이 매우 강한 물질을 발견했다"며 "이는 전기장으로 자성을, 반대로 자기장으로 유전 분극(음이온 양이온이 나뉘는 현상)을 조정할 가능성을 제시한 것으로 새로운 개념의 비휘발성 메모리 소자 개발에 활용될 것"이라고 설명했다.

이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 과학전문지 '네이처(Nature)'의 자매지 '네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)'에 실렸다.

연합뉴스