기존보다 1000배 속도가 빠르면서도 집적도를 1000분의 1수준으로 낮출 수 있는 차세대 나노 소자 기반 기술이 개발됐다.
기초과학연구원(IBS· 원장 김두철)은 원자제어저차원전자계 연구단(단장 염한웅)이 모트 절연체 금속-절연체 상전이를 이용한 초고속 나노소자 기반기술을 개발했다고 22일 밝혔다.
상전이 조작은 차세대 메모리로 유망한 P램 제조 핵심 기술이다. 기존보다 1000배 빠른 속도를 낼 수 있다. 1000분의 1 수준으로 미세한 범위까지 상전이가 가능한 것도 특징이다.
모트 절연체는 부도체 일종이다. 일반적인 부도체는 공유결합이나 이온결합으로 전자 결속력이 높아 전류가 흐르지 않는다. 반면 모트 절연체는 자유전자가 있으면서도 전자간 척력 때문에 전자가 고립돼 전기가 통하지 않는 특수한 부도체이다.
상전이 현상은 온도, 압력, 조성 등 조건변화에 의해 물질의 상(도체·부도체, 고체·액체·기체 등 물리적·화학적 성질)이 다른 상으로 변화하는 현상이다.
연구진은 모트 절연체인 극저온상태(4.3K, 영하 268.85도) 이황화탄탈(1T-TaS2)에 주사터널링현미경)(STM: Scanning Tunneling Microscope)으로 전압펄스를 가해 나노미터 수준의 미세영역에 피코초(1조 분의 1초) 반응속도로 상전이를 일으키는 데 성공했다.
이황화탄탈 모트 절연체는 광자펄스로 상전이가 가능함이 기존 연구에서 증명된 바 있으나, 전압펄스로 상전이에 성공한 것은 이번이 처음이다.
광자의 경우 복잡한 광학장비가 필요하고 적용 범위가 수 마이크로미터(㎛, 1백만 분의 1m)에 달해 고집적·고용량화가 힘들었다.
연구결과는 세계 국제 과학저널 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications, IF 11.470) 1월 22일에 게재됐다.
연구를 주도한 조두희 연구위원은 “반복적인 실험에서도 이황화탄탈의 결정구조가 변하지 않았다”며 “전자회로 기반 고집적 나노 소자 구현 가능성을 확인했다”고 설명했다.
조 연구위원은 .“상온에서 이황화탄탈과 같은 성질을 갖는 소재를 찾는 것이 남은 과제”라고 덧붙였다.
대전=박희범 과학기술 전문기자 hbpark@etnews.com
