“누르는 힘으로 작동”…성균관대, 차세대 AI 반도체 소자 개발

[캠퍼스人+스토리] 이온 이동 선택 제어하는 프리스탠딩 멤리스터 소자

성균관대학교는 김태성 교수 연구팀이 누르는 힘으로 이온 이동을 선택적으로 제어하는 '차세대 프리스탠딩 멤리스터 소자'를 개발했다고 19일 밝혔다.

연구팀은 이온 이동의 무작위성으로 인한 한계를 극복하고자 나노미터(nm)에서 발생하는 변전효과(Flexoelectric Effect)에 주목했다. 변전효과는 외부의 힘으로 재료의 격자 구조가 휠 때 내부에 분극과 전기장이 발생하는 현상이다.

연구팀은 기존 연구보다 물질의 변전효과를 극대화하기 위해 자체적인 지지구조를 갖는 상태인 이종 접합에 원자힘 현미경 탐침으로 수직 방향의 힘을 가했다. 그 결과, 특정 영역에서만 선택적으로 성장한 전도성 필라멘트 관측에 성공했다.

탐침 유도 변전장 기반으로 구현된 차세대 프리스탠딩 강이온성 멤리스터 소자 플랫폼. /성균관대

또 하부 강유전 분극의 변조에 의해 가역적으로 전환된 상변화 임계 전압을 기반으로, 나노미터 수준에서 전도성 필라멘트의 공간적 능동 제어에도 성공했다.

김태성 교수는 "기존 강이온성 물질이 가진 확률론적 한계점을 뛰어넘으며 변전효과 기반의 이온 이동을 물질의 구조적 관점에서 바라볼 수 있는 연구"라며 "향후 차세대 반도체 소자 연구에서 이온을 정확하게 공간적으로 제어하여 반도체 소자 성능 및 신뢰성 향상에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

연구 결과는 국제 권위지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 저널에 지난 18일 게재됐다.