광주과학기술원(GIST·총장 김기선)은 조지영 신소재공학부 교수팀이 전자 이동속도를 크게 개선할 수 있는 강유전성 전환 현상을 규명했다고 1일 밝혔다.
강유전체는 외부 전기장 없이도 스스로 분극을 갖는 재료로, 외부 전기장에 의해 분극 방향이 바뀔 수 있는 물질이다. 물질이 자발적으로 팽팽해지는 강탄성은 물질이 하나의 결정 상태에서 다른 결정 상태로 바뀌는 상전이가 일어나면서 발생한다. 니켈·티타늄 합금에서 나타나는 형상 기억능력과 초탄성 현상이 대표적인 예다. 하지만 강유전성 구역 구성 및 반전은 속도가 느려 더 빠르게 동작하는 소자 개발이 필요한 상황이다.
조 교수팀은 새롭게 개발한 초고속 X선 구조분석을 이용해 결맞게 자란 Pb(Zr0.35,Ti0.65)O₃ 박막 커패시터 내 나노미터(㎚) 크기를 갖는 강탄성 구역이 나노초 동안 초고속 반전이 가능하다는 사실을 규명했다. 또 스위칭 시간은 인가된 전기장 크기에 반비례하고 약 7나노초라는 매우 짧은 시간 안에 분극 반전이 완료된다는 것도 확인했다.
이번 연구 성과는 높은 성능을 갖는 랜덤 액세스 메모리(RAM)나 전계효과트랜지스터(FET) 등 강유전체 소재 기반의 기가헤르츠 전자소자 개발 연구 활성화에 기여할 것으로 예상된다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
