초음속 등 극한 환경의 충격도 견뎌내면서 안정적인 성능을 유지하는 반도체 메모리셀 소재가 국내 연구팀 및 미국 연구기관에 의해 공동 개발됐어요.
연구팀은 이 소재가 차세대 반도체 메모리와 항공우주 방위산업 등에 폭넓게 활용될 것으로 전망하는군요.
계명대학교에 따르면 이 대학 화학공학과 조신흠 교수 연구팀(박도윤 석사과정·강주현 학석사연계과정)과 기계공학과 김익현 교수 연구팀이 초고속 충격 환경에서도 안정적으로 작동하는 '적외선 플라즈모닉 반도체 나노소재'를 개발했어요. 이번 연구는 미국 오크리지국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)와 국제 공동연구 성과로 국제학술지 ACS Applied Materials & Interfaces(IF 8.2)에 온라인 게재됐죠.
연구팀은 인듐-주석 산화물(Sn:In₂O₃) 나노결정을 활용해 강력한 적외선 플라즈몬 공명(LSPR) 특성을 발현하면서 마하 1.7 수준의 항공 초음속 충격파 환경에서도 구조적·전자적 메모리셀 디바이스 안정성을 유지하는 것을 입증했어요.
연구팀은 기존 높은 가격의 Sn(IV) 전구체 대신 상대적으로 가격이 싼 Sn(II) 전구체를 사용하면서도 동일한 도핑 효과가 발현되는 것을 과학적으로 규명했어요. 실험 결과 Sn(II)와 Sn(IV) 전구체로 합성한 나노결정은 자유전하 농도와 LSPR 흡수 특성이 거의 같았다고 해요.
이는 향후 대량 합성과 재료 공급망 안정성 확보에 중요한 근거가 될 것으로 연구팀은 전망하고 있어요. 특히 소재는 864K 고온과 2MPa 고압 환경에서 반복되는 초음속 충격에도 산화 안정성을 유지하며, 플래시 메모리셀 소자의 다중 레벨 셀(Multi-Level Cell, MLC) 동작이 가능함을 확인했어요.
이 기술은 차세대 반도체 메모리와 광전자 소자 개발은 물론이고 극한 환경에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있다는 점에서 의의가 크다는 게 연구팀의 설명이죠. 특히 유리기판 기반 Silicon-on-Glass 집적 기술과 결합하면 고대역메모리(HBM)과 그래픽처리장치(GPU)용 메모리 등 차세대 고집적 반도체 패키징에도 새로운 가능성을 제시할 것으로 기대돼요.
연구에는 계명대 전략융합나노화학물 연구그룹 박도윤 석사과정생이 제1저자로 참여했으며, 충격파·기체역학 실험실 김익현 교수와 조신흠 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 연구는 계명대 RISE 사업과 한국연구재단 우수신진연구 지원으로 이뤄졌어요.
조신흠 교수는 KAIST 생명화학공학과와 화학과를 졸업하고, 풀브라이트 장학생으로 미국 텍사스대학교 오스틴캠퍼스에서 화학공학 박사학위를 받았어요. 이후 삼성전자 반도체연구소 책임연구원을 거쳐 2021년부터 계명대 화학공학과 교수를 지내면서 금속산화물 기반 반도체 나노소재 연구와 차세대 반도체, 국방 적외선 기술, 자동화 제조 공정 응용 소재 개발 등에 주력하고 있어요.
최정훈 기자 jhchoi@etnews.com