<사이언스 피플>포항공대 장현명 교수

　D램 반도체 강국의 영예를 차세대 반도체인 강유전체 메모리 반도체(F램)로 이어갈 수 있는 기반기술 개발에 성공한 포항공대 장현명 교수(49).

　장 교수는 최근 차세대 반도체 메모리 소자인 F램 티탄산지르콘납(PZT:PbZrTiO) 박막소자의 치명적 결함인 전기적 피로현상을 완전히 해결한 획기적 성능의 메모리 소자를 개발했다.

　“이같은 고 유전율 소재는 약한 전기장에 대해서도 쉽게 전기분극을 만들기 때문에 각종 고효율 에너지 변환 소자, 극미세 전자기계 소자(MEMS)의 정밀변위기, 초고집적 D램 소자 등에 크게 활용될 수 있습니다.”

　삼성전자와 도시바·히타치 등 반도체 제조업체들이 차세대시장의 주도권을 쥐기 위해 이같은 소재개발에 치열한 경쟁을 벌여왔다.

　F램은 빠른 교류 전기장에 의해 원자들 사이에 유도되는 전기 양극자의 방향성을 이용하는 메모리 소자로 전기 양극자 벡터가 양의 방향일 때 ‘1’, 음의 방향일 때 ‘0’으로 대응시켜 2진법에 의해 정보를 기록·재생하는 차세대 메모리 방식이다.

　“수백만번 이상 쓰고 읽는 동작 이후에는 저장된 정보가 급속히 손실되는 이른바 전기적 피로현상 문제로 인해 반도체 제조업체들은 물론 포항공대 연구진도 개발에 어려움을 겪었습니다.”

　장 교수는 “이번에 개발된 극미세 PZT 커패시터는 실리콘 반도체, 백금 전극과 강유전 PZT 박막 사이에 약 40나노미터 두께의 씨앗층을 도입해 전기적 피로현상을 해결했다”며 “쓰여진 정보가 시간이 지나도 손실없이 유지되는 특성인 전하보유능력도 기존의 PZT 커패시터에 비해 탁월하다”고 강조했다.

　장 교수팀은 이러한 아이디어에 의해 현재까지 4종류 이상의 PZT계 신물질 박막을 개발했으며 이들은 F램 메모리 소자로 모두 탁월한 성능을 지녔음을 확인했다고 밝혔다.

　지난 94년 이후부터 포항공대내 강유전재료 상전이 연구실을 이끌어온 장 교수는 F램 소자는 물론 강유전재료의 상전이 문제와 박막 공정개발 연구에 그 연구력을 집중하고 있다. 강유전재료(ferroelectric property)는 외부전기장이 주어지지 않더라도 전기적 분극을 갖는 재료로 분극의 방향을 역전시켜 정보저장을 할 수 있는 메모리 소자로 이용할 수 있다.

　그 결과 지난 3년간 저명한 국제학술지에만 40편이 넘는 논문을 발표했으며 재료과학의 영역을 뛰어넘어 고체 물리학의 프런티어그룹과 비교, 결코 손색없는 연구내용들을 지속적으로 발표했다.

　“이번 성과는 재료공학과 물리학·화학 등 다방면에 걸쳐 깊이있는 학문적 체계를 바탕으로 연구에 접근한 연구팀의 구성도 한몫 했습니다.”

　연구의 폭과 체계성을 강조하는 장 교수는 현재 4개의 국가과제를 수행하고 있으며 앞으로 실제 반도체 제조 공정과 직접 연관된 실용성 높은 연구에 초점을 맞출 계획이다.

<경력>

　△76년 서울대학교 화학과 졸업 △80년 미국 워싱턴대학 물리화학 석사 △81년 미국 UCLA 재료공학과 수료 △85년 유니버시티 오브 캘리포니아 버클리 재료공학 박사 △81∼85년 로렌스버클리 국립연구소 연구원 △86∼87년 MIT공과대학 연구원 △88∼94년 산업과학기술연구소 그룹장 △98∼2000년 포항공대 재료금속공학과 주임교수 △99년∼현재 국가지정연구실(강유전재료 상전이 연구실) 연구책임자

　<김인순기자 insoon@etnews.co.kr>