서형탁 아주대 교수팀, 강유 전성 초전효과 이용한 광전자 메모리 개발

아주대학교 서형탁(신소재공학과·대학원 에너지시스템학과)교수 연구팀이 강유 전성 초전효과를 이용한 초고속 광전자 메모리 소자를 개발하는 데 성공했다고 9일 밝혔다.

이에 고감도·고효율의 인공지능형 센서가 필요한 자율주행차, 의료진 단기기 및 광통신 소자 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 전망이다.

아주대 연구팀은 이론 계산을 통해 자발분극이 최대화되는 산소 공공 결함(산소가 빠진 빈자리) 밀도를 알아내고, 이를 실리콘 기판 위에 10나노미터 두께로 증착한 하프늄 산화물의 결함 제어에 활용했다. 하프늄 산화물 상부에는 적외선 입사와 광전류 검출 최적화를 위해 은나노 전극을 배치했다.

그 결과 결함밀도가 최적화된 하프늄 산화물의 자발분극 특성과 전계에 따라 이동하는 산소 음이온에 의한 이온 분극 특성까지 더해져 최대 전압 구간 10V와 전류 구간 10만 암페어의 광메모리 윈도우를 획득할 수 있었다. 또한 전압을 조절해 적외선의 광신호를 다양한 레벨로 저장하는 재구성형 광메모리 기능까지 구현하는 데 성공했다.

연구팀은 광센서에 교류 광전류를 이용, 빠르게 꺼짐과 켜짐을 반복하는 적외선 입사광 흡수를 통해 외부 전원 공급 없이 광전효과 기반의 자가전력으로 소자를 구동했다.

연구팀이 개발한 소자의 검출 속도는 60마이크로 초(0.06msec)로 고속 검출이 가능하며, 원자 현미경을 이용해 동일한 초전효과 기반 적외선 검출을 30나노미터 크기에서도 구현할 수 있음을 확인했다.

서 교수는 "센서와 집적회로 반도체 소재로 널리 활용되는 실리콘-하프늄 산화물 소재를 이용해 초고감도 적외선 검출과 재구성이 가능한 광메모리를 달성했다는 데 중요한 학문적·기술적 의의가 있다"고 설명했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 주관하는 중견·기본 기초연구 지원 사업의 지원으로 수행됐으며, 특허 출원이 진행 중이다.

 김강우 기자 [e-mail]