포항공대 화학과 김광수(58) 교수팀과 한국표준과학연구원 이우(37) 박사팀이 그 주인공.
15일자 ‘네이처 나노테크놀러지’ 온라인판에는 차세대 나노 전자소자의 집적도를 1만배 이상 높일 수 있는 가능성을 연 김 교수팀의 논문과 강유전체 물질 나노점을 기판 위에 정렬해 초고밀도 F램을 구현한 이 박사팀의 논문이 각각 실렸다.
먼저 포항공대 연구팀은 논문에서 탄소 원자가 벌집처럼 육각형을 이루며 평면으로 연결돼 있는 단일층 그래핀 나노리본을 이용해 현재 최고 수백% 수준인 자기저항 효율을 수백만%로 높인, 새로운 스핀밸브 소자를 제시했다.
소자의 자기저항 효율이 커지면 기억장치가 기억소자에 저장된 정보를 쉽게 인식할 수 있어 그만큼 기억소자의 집적도를 높일 수 있으며 장치의 대용량화와 소형화도 가능해진다.
김 교수는 “슈퍼자기저항을 가진 스핀밸브 소자 개발은 기존 기술의 장벽을 넘어 미래지향적인 정보 저장장치와 전자소자 개발 등에 큰 발전을 가져올 것”이라며 “이를 통해 향후 컴퓨터 하드디스크 등 기억장치의 대용량화, 소형화에도 크게 기여할 것”고 말했다.
또 표준연 이우 박사팀은 강유전체 물질인 납-지르코늄-티타늄 복합산화물(PZT) 나노점을 대면적 기판 위에 정렬해 초고밀도 F램을 구현하는 데 성공했다.
F램은 전하를 저장하는 커패시터(capacitor)로 강유전체를 사용해 전원이 꺼져도 데이터를 보관할 수 있고 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있다. 또 동전만한 크기에 CD 1500장 이상의 정보를 저장할 수 있어 차세대 비휘발성 메모리로 각광받고 있다.
그러나 이 메모리 반도체는 데이터 저장밀도를 높이는 데 기술적인 어려움이 있어 상대적으로 낮은 용량의 메모리를 요구하는 휴대형 PC나 이동통신 단말기 등에주로 이용돼 왔다.
이 박사팀은 이 연구에서 나노미터(㎚. 1㎚는 10억분의1m) 크기의 구멍이 벌집모양으로 배열된 다공성 산화알루미늄을 틀로 사용해 PZT 나노점을 성장시켜 ‘백금-PZT-백금’ 층상구조의 나노 커패시터를 처음으로 구현했다.
이 연구결과는 지금까지 고저장밀도 F램 개발에서 선행돼야 할 과제로 지적돼온 커패시터의 소형화를 해결한 핵심기술로 평가받고 있다.
이 박사는 “커패시터를 소형화하는 다른 공정은 공정 중에 강유전체 물질의 격자가 손상돼 메모리소자로서 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다”며 “나노점을 성장시켜 커패시터를 구현하는 기술로 이런 문제점을 해결할 수 있었다”고 말했다.
그는 또 “앞으로 후속연구를 통해 고저장밀도의 F램이 상용화되면 전원 버튼을누른 뒤 부팅 시간이 없이 바로 사용할 수 있는 컴퓨터의 개발도 앞당겨질 수 있을것으로 기대된다”고 말했다.
/economist@fnnews.com이재원기자
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