KOREATECH 안윤호 교수, 차세대 메모리 소자 핵심 물성 정량 규명

차세대 비휘발성 메모리 소자로 주목받는 ‘강유전체 기반 FeRAM(Ferroelectric RAM)’의 핵심 물성을 나노스케일에서 정량적으로 규명한 연구 결과가 발표됐다.

한국기술교육대학교(KOREATECH, 총장 유길상) 교양학부 안윤호 교수는 경희대학교 손종역 교수 연구진과의 공동연구를 통해, 직경 30~50nm 규모의 에피택셜 하프늄-지르코늄 산화물(Hf₀.₅Zr₀.₅O₂, 이하 HZO) 나노점을 제작하고, 분극 도메인 벽 이동 속도(domain wall velocity)와 활성화 전기장(activation electric field)을 정밀하게 측정했다.

HZO는 기존 반도체 공정과의 호환성과 우수한 강유전 특성으로 인해 차세대 메모리 소자 소재로 각광받고 있으나, 소자 미세화에 따른 스위칭 한계와 전기장 작동 메커니즘에 대한 이해는 부족한 상황이었다.

연구팀은 나노점 형상비(aspect ratio) 조절을 통해 스위칭 장벽 및 활성화 전기장을 효과적으로 제어할 수 있는 새로운 설계 지침을 제시했으며, 10nm 이하 초박막 구조에서도 안정적인 분극 스위칭이 가능함을 입증했다. 

특히, 분극 도메인 벽의 이동 속도가 인가 전압에 따라 지수함수적으로 증가하는 Merz 법칙을 실험적으로 확인한 점이 주목된다.

이번 연구는 단결정 수준의 강유전체 나노점에서 분극 스위칭 거동을 정량적으로 분석한 세계적으로도 드문 사례로, 기존 박막·벌크 중심의 연구를 넘어 초소형 메모리 소자의 물리적 스케일링 한계 극복에 중요한 단서를 제공한 것으로 평가된다.

해당 연구 논문은 안윤호 교수가 제1저자이자 공동 교신저자로 참여했으며, 물리재료 과학 분야 세계적 권위지 Advanced Functional Materials (IF = 19.0, Wiley 발행)에 2025년 8월 27일자로 온라인 게재되었다. 

논문 제목은 “Scaling Effects on Ferroelectric Polarization Switching and Activation Electric Field in Epitaxial Hf₀.₅Zr₀.₅O₂ Nanodots”이다.