IBS(기초과학연구원·원장 김두철) 강상관계 물질 연구단(단장 노태원)은 부경대 연구팀과 공동연구를 통해 강유전체 물질인 '티탄산바륨(BsTiO3)'으로 1.4나노미터(nm) 두께의 강유전체 초박막을 만들었다고 2일 밝혔다. 

강유전체는 외부에서 전압을 가하지 않아도 스스로 분극 상태를 유지할 수 있는 물질이다. 강유전체로 만든 메모리(FeRAM)는 실리콘 기반 플래시 메모리 보다 전력 소모가 적고, 읽고 쓰는 속도가 빠르는 장점을 지녔다. 

IBS-부경대 공동연구팀은 페로브스카이트 구조 산화물(부도체·반도체·도체 성질은 물론 초전도 현상까지 갖는 산화물) 금속과 강유전체 물질 사이의 계면에 나타나는 단일 원자 수준의 불균일성에 주목했다. 

티탄산바륨의 두께가 얇아지면 불균일성이 물질의 안정성에 영향을 미쳐 강유전성을 잃게 만든다. 연구팀은 이런 불균일성을 해결하기 위해 티탄산바륨 형성될 때 생긴 표면에너지가 산화바륨 또는 이산화티타늄 원자층 형성에 영향을 미친다는 것을 이론적으로 밝혀냈다. 

연구팀은 펄스 레이저 증착법(PLD)으로 '루테륨산스트론튬(SrRuO3)을 만들고 그 위에 티탄산바륨, 루테륨산스트론튬을 순서대로 입혀 계면이 균일한 초박막 소자를 만들었다. 

연구팀은 이어 박막 제조 중 산소 분압을 조절해 티탄산바륨 두께가 1.4nm에 불과함에도 강유전성을 안정적으로 유지하는데 성공했다. 

또 개발한 소자에서 터널링(높은 에너지를 뚫고 통과하는 현상) 효과도 관측했다. 강유전성을 보이는 동시에 터널링이 가능해 강유전체 메모리의 파괴적 읽기를 보완할 수 있었다. 

연구팀 관계자는 "차세대 메모리로 꼽히는 강유전체 터널접합 메모리의 출현을 앞당길 것으로 보인다"고 밝혔다. 

이번 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials) 지난달 3일 자 온라인판에 실렸다.