초록 ▼

연구의 목적 및 내용:
새로운 소자에 대한 사회의 요구가 커지면서 강자성, 강유전성, 다중강성, 거대자기 저항과 고온 초전도 현상과 같은 다양한 기능성을 갖는 산화물 계면에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 본 과제에서는 서로 다른 기능성을 갖는 산화물을 서로 접합하여 신기능성 계면을 디자인 하여, 새로운 계면 물성을 탐색하고자 하였다. 나아가 계면에서 발현되는 흥미로운 물리현상의 기본 메커니즘을 규명하고 실제 소자로서의 응용가능성을 탐구하여 새로운 소자에 대한 산업적 요구에 새로운 패러다임을 제시하였다.
연구결과:

연구의 목적 및 내용:
새로운 소자에 대한 사회의 요구가 커지면서 강자성, 강유전성, 다중강성, 거대자기 저항과 고온 초전도 현상과 같은 다양한 기능성을 갖는 산화물 계면에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 본 과제에서는 서로 다른 기능성을 갖는 산화물을 서로 접합하여 신기능성 계면을 디자인 하여, 새로운 계면 물성을 탐색하고자 하였다. 나아가 계면에서 발현되는 흥미로운 물리현상의 기본 메커니즘을 규명하고 실제 소자로서의 응용가능성을 탐구하여 새로운 소자에 대한 산업적 요구에 새로운 패러다임을 제시하였다.
연구결과:
본 과제에서 우리는 새로운 형태의 산화물 다층 구조를 제작하였고, 이를 기반으로 한 기능성 계면을 탐구하였다. 새로운 계면 물성의 물리적 메커니즘을 규명하고, 체계적으로 조절할 수 있는 방안을 물색함으로써 실제 산업적인 소자로서의 응용가능성을 탐구하는 총체적인 연구를 수행하였다. 아래는 본 연구진이 수행한 연구 중 국제학계의 큰 주목을 받은 연구 결과이다.
(1) 강유전체 메모리 소자에서의 multi-bit 구현 및 피로 현상의 원인 규명 : 본 연구진은 변위 전류 조절을 이용하여 multi-bit 강유전체 메모리 소자를 만드는데 성공하였고. [Adv. Mater, 24, 402 (2012), Nature-News and Views 에 소개] 강유전체 메모리 소자의 취약점인 피로 현상의 원인을 물리적으로 규명[Adv. Funct. Mater, 22, 2310 (2012)]하여 상용 가능성을 향상하였다.
(2) 저항 변화 메모리 소자의 저항 변화 현상에 대한 통계적 모델 제시 및 실제 소자로서의 응용 가능성 탐구 : 본 연구진은 저항 변화 현상에 대한 정량적이고 통계적인 모델을 제시하였고 [Phys. Rev. Lett, 105, 205701 (2010)], 선택 소자를 이용해 RRAM 소자에서 발생할수 있는 sneak path 문제를 해결하였다. [Adv. Mater, 23, 4063 (2011), Nature Asia Matials Highlight에 소개]
(3) 거대 변전 효과 (Giant Flexoelectric Effect) 의 발견 및 체계적 조절 : 본 연구진은 HoMnO3 에피 안정화 박막을 제작하여 기판을 이용한 응력 제어 및 산소 빈자리 조절을 통해 거대변전효과 (Giant flexoelectric)을 유도하였다. [Phys. Rev. Lett, 107, 057602(2011) (Editor’s Suggestions), Physical Review Focus, Chemistry World 에 소개]
연구결과의 활용계획:
본 과제를 통해 진행된 연구 결과는 (1) 비용 및 집적화의 어려움으로 한계가 있는 강유전체 메모리의 문제점을 해결하여 산업적 응용의 돌파구를 마련하였고, (2) RRAM 현상에 대한 정량적 모델 제시와 sneak path 문제 해결을 통해 RRAM 메모리의 당면 과제를 해결하였다. 뿐만 아니라 (3) 거대 변전 효과를 발견 하고 체계적으로 조절함으로써 학계의 주목을 받았을 뿐만 아니라, 나노 소자 연구의 새로운 방향을 제시했다. 이러한 결과들은 관련 학계의 사람들의 많은 관심을 끌었으며, 이에 따라 Nature Asia Matials Highlight, Physical Review Focus, Chemistry World, Nature-News and Views 등에 소개되기도 하였다.

Abstract ▼

Purpose&contents:
To satisfy the increasing demand of new functional devices, researches on the functional oxide interfaces attract great interests due to their various physical properties e.g. ferromagnetism, ferroelectricity, multiferroelectricity, colossal-magnetoresistance and high Tc superco

Purpose&contents:
To satisfy the increasing demand of new functional devices, researches on the functional oxide interfaces attract great interests due to their various physical properties e.g. ferromagnetism, ferroelectricity, multiferroelectricity, colossal-magnetoresistance and high Tc superconductivity. In this project, we designed new functional oxide interfaces and discovered novel physical phenomena at the interfaces. Systematically controlling the observed material properties, we succeeded developing new prototype devices. Our researches on functional interfaces provided a solid scientific basis for oxide electronics by providing solutions for some important scientific and technologies issues.
Result:
In this study, we designed new functional oxide interfaces and investigated novel physical properties at the interfaces. Revealing the physical mechanism we could control the physical properties systematically. The followings are our interesting results.
(i) Researches on the FeRAM : a. We realized a multi-bit memory device in ferroelectric film by controlling the displacement current. [Adv. Mater, 24, 402 (2012), introduced in the Nature-News and Views] b. We revealed the physical mechanism of fatigue of polarization switching [Adv. Funct. Mater, 22, 2310 (2012)]
(ii) Researches on the RRAM : a. We suggested mathematical model for the resistance switching using the statistical physics. [Phys. Rev. Lett, 105, 205701 (2010)] b. We succeeded realization of a hybrid RRAM device by fabricating an oxide heterostructure composed of TiO2 and VO2. [Adv. Mater, 23, 4063 (2011) introduced in the Nature Asia Matials Highlight]
(iii) Researches on the flexoelectricity : We derived giant flexoelectric effect in epitaxially grown HoMnO3 on Al2O3 substrate. By creating the oxygen vacancies in the films, we also controlled the amount of flexoelectricity systematically. [Phys. Rev. Lett, 107, 057602 (2011) (Editor’s Suggestions), introduced in the Physical Review Focus and Chemistry World]
Expected Contribution:
From our research results, (i) we could make a breakthrough in ferroelectric random access memory industry which faced limitation due to the cost problem and scalability. (ii) We could suggest industrially applicable new hybrid RRAM device of TiO2/VO2 oxide heterostructure and quantitative mathematical model for resistive switching phenomena.
(iii) We opened new direction of ferroelectric nano-devices by emphasizing the role of flexoelectricity in ferroelectric epitaxial thin films. Moreover, Our research results are introduced in Nature Asia Matials Highlight, Physical Review Focus, Chemistry World, Nature-News and Views

목차 Contents

• 리더연구자지원사업 최종보고서(평가용) ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구계획 요약문 ... 4
• 1. 국문요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ... 5
• 1. 국문요약문 ... 5
• 2. 영문요약문 ... 6
• Ⅲ. 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 13
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 20
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 53
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 57
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 60
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 67
• 8. 참고문헌 ... 68
• 9. 연구성과 ... 80
• 10. 기타사항 ... 101