한국연구재단, 10억 번 반복에도 끄떡없는 신소재 개발

차세대 소재로 주목, 응력 발생 최소화하는 연구 필수

연구팀, "추후 상전이 기반 신소재 지능형 반도체 응용 가능성 높여"

[사진=한국연구재단]

10억 번 이상 반복된 스위칭에도 끄떡없는 소자 기술이 개발됐다. 

한국연구재단은 손준우 서울대 교수와 최시영 포항공대 교수 연구팀이 전류 스위칭 시 부피 변화 없는 절연체-금속 상전이 박막 형성 소재 기술을 개발하고, 이를 통해 열화없는 고속 스위칭 지능형 반도체 응용 전략을 제안했다고 7일 밝혔다.

상전이 바나듐 산화물은 상온 근처에서 온도, 전압 변화에 따라서 급격히 전기 저항이 변화하는 금속-절연체 상전이 현상을 보이는 산화물 반도체로 차세대 소재로 주목받고 있다. 

그러나 급격한 전기적 상전이로 결정구조 및 부피 변화가 동시에 발생하면서 소자의 내구성에 치명적인 문제가 야기되므로 이를 해결하기 위해선 응력 발생을 최소화하는 연구가 필수적이다. 

연구팀은 바나듐 산화물 상전이 신소재(VO2) 내 타이타늄(Ti) 이온 도핑을 통해 규칙적 결정구조의 질서를 교란하고 상전이 시 발생하는 부피 변화 제거에 성공했다고 밝혔다. 

무응력 상전이 박막은 나노초 이하의 빠른 상전이 스위칭 속도와 10억 번 이상의 반복 스위칭 이후에도 열화되지 않는 특성을 보였다. 

연구팀은 이번 연구를 통해 상전이 현상이 결정구조 변화 없이 전자의 상호작용만으로 가능하다는 것을 실험적으로 입증해냈다. 

손준우 교수는 “박막 도핑 및 원자 제어 기술을 통해서 상전이 박막 스위칭 특성을 제어할 수 있는 신공정법을 제시했다”며, “이를 통해 기존보다 빠르고, 수많은 반복 구동에도 열화되지 않는 스위칭 소자를 구현할 수 있다는 점에서 추후 상전이 기반 신소재의 지능형 반도체 및 광소자 응용 가능성을 높여 주었다”고 설명했다.