이준희 UNIST 교수팀
원자 4개에 1비트 저장
“반도체 소형화 가속”
울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 이준희 교수팀은 반도체에 널리 사용되는 산화하프늄(HfO₂)에 특정 전압을 가하면 원자를 스프링처럼 강하게 묶던 상호작용이 완전히 사라지는 새로운 물리현상을 발견했다고 3일 밝혔다.
반도체 업계는 소자 성능 향상을 위해 미세화로 단위 면적당 집적도를 높여 왔다. 그러나 데이터 저장을 위해서는 탄성으로 연결된 수천개의 원자 집단인 ‘도메인’이 반드시 필요해 일정 수준 이하로 크기를 줄일 수 없었다. 반도체 소자가 한계 수준 이하로 작아지면 정보를 저장하는 능력이 사라지는 ‘스케일링’ 현상이 발생하기 때문이다.
하지만 이 교수팀이 발견한 현상을 적용하면 개별 원자를 제어할 수 있고 산소 원자 4개에 1비트(bit) 데이터 저장이 가능해진다. 반도체 저장용량 한계를 극복할 수 있게 되는 것이다. 특히 산화하프늄은 기존 실리콘 기반 반도체 공정에서 이미 흔하게 사용되는 물질이다. 이 때문에 이 교수팀 연구 성과는 상업화 적용 가능성이 높다.
연구팀은 이번 연구 결과를 적용하면 현재 10나노미터(nm) 수준에 멈춰 있는 반도체 공정을 0.5nm까지 미세화 할 수 있어 메모리 집적도가 기존 대비 약 1000배 이상 향상될 것으로 예상했다.
이준희 교수는 “개별 원자에 정보를 저장하는 기술은 원자를 쪼개지 않는 범위 내에서 최고의 집적 기술”이라며 “이 기술을 활용하면 반도체 소형화가 더욱 가속화 될 것”이라고 말했다.
고성수 기자 ssgo@naeil.com
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