과학기술정보통신부와 한국연구재단(이사장 이광복)은 과학기술인상 1월 수상자로 김윤석 성균관대 신소재공학부 교수를 선정했다고 4일 밝혔다.
김 교수는 차세대 반도체 소재인 하프늄옥사이드(HfO2) 강유전성 발현 원인을 밝히고, 이온빔을 이용해 HfO2 강유전성을 높이는 기술을 개발해 반도체 소자 기술 경쟁력을 강화한 공로를 인정받았다.
강유전성이 큰 반도체 소재는 메모리에서 데이터를 저장하는 기본구조인 0과 1의 차이가 커져 저장된 데이터를 더 정확하게 읽을 수 있다. 따라서 나노미터 수준 얇은 막에서도 우수한 강유전성을 보여 메모리, 트랜지스터 등 기존 산화물을 대체할 차세대 반도체 소재로 꼽힌다.
다만 HfO2의 강유전성 증대를 위해 복잡한 후처리 공정이 필요해 실제 반도체 소자 초고집적화 실현에 어려움이 있었다.
김 교수 연구팀은 강유전성 발현 정도는 산화물 재료 결정구조 산소 공공과 밀접한 관계가 있음에 착안해 이온빔으로 산소결함을 정량적으로 조절, HfO2 강유전성을 향상시키는 방법을 고안했다. 또 기존 복잡한 공정과 후처리 과정 없이 이온빔 조사밀도 조절만으로 강유전성을 강화했으며 HfO2 기반 강유전체를 관찰한 결과 기존 대비 200% 이상 강유전성이 증가했음을 확인, 강유전성 증가 원인이 산소결함 밀도와 연계된 결정구조 변화에서 기인한다는 원리도 규명했다.
김 교수는 “연구를 통해 강유전성을 활용한 고효율 반도체 소자 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
이인희기자 leeih@etnews.com
