기존 박막보다 수십 배 얇은 나노미터(㎚) 기반의 박막을 만들 수 있는 용액공정이 개발됐다. 다양한 나노입자를 전기적 소자로 적용할 수 있는 길이 열렸다.
미래창조과학부는 조진한 고려대 화공생명공학과 교수, 김영훈 고려대 박사과정, 국경윤 석사과정 연구원(공동 제1저자)이 직경 10㎚가 되지 않는 바륨 티타네이트 나노입자로 다층박막을 만들고 이를 이용해 비휘발성 저항 변환성 메모리 소자를 구현했다고 8일 밝혔다.
바륨 티타네이트는 페로브스카이트의 하나로 메모리, 압전소자, 열전소자 등 다양하게 응용될 수 있지만 가공성이 낮아 마이크로미터(㎛) 두께보다 얇은 초박막으로 만드는 데 한계가 있었다. 바륨 티타네이트는 전기장에 의해 자발적 분극 스위칭이 가능한 강유전 특성을 갖는 재료다. 페로브스카이트는 이온반경이 큰 희토류 등 원소와 원자반경이 작은 전이금속, 산소이온으로 이뤄진 8면체 물질이다.
연구진은 최초로 페로브스카이트 나노입자 다층박막을 제작했다. 연구팀은 균일하고 높은 결정성을 갖는 약 8㎚ 크기 바륨 티타네이트 나노입자를 합성해 나노미터 두께의 다층박막을 제작했다. 상온에서 고분자간의 흡착을 이용해 다층박막을 만들었다.
연구팀은 만들어진 다층박막을 이용해 비휘발성 저항 변환 메모리 소자로서의 구현 가능성을 확인했다. 김영훈 박사(과정)는 “한층당 쌓이는 흡착 밀도가 높고 유기 용매 내에서 잔류 수분이 없어 누설 전류가 적다”고 말했다. 박막의 두께를 조절하면 원하는 강유전성과 비휘발성 메모리 소자 성능을 갖는 전기적 소자 적용이 가능하다.
이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약) 등의 지원으로 수행됐고 나노재료 분야 국제학술지인 ACS NANO 최신호(3월 25일자)에 게재됐다.
전지연기자 now21@etnews.com