차세대 반도체 메모리 소재로 주목받는 강유전체를 화학 물질 없이 식각(蝕刻·etching)할 수 있는 기술이 개발됐다. 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 홍승범 교수가 스위스 제네바 대학교와 공동연구로 강유전체 표면의 비대칭 트라이볼로지(마모) 현상을 세계 최초로 관찰·규명하고, 이를 활용해 혁신적인 나노 패터닝 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.
연구진은 강유전체의 전기적 분극 방향에 따라 마찰하거나 마모되는 특성이 다르다는 것을 처음으로 발견했다. 분극 방향에 따라 달라지는 트라이볼로지의 원인으로 변전 효과(물질이 휘어졌을 때 분극이 발생하는 현상)에 주목했다.
연구진은 강유전체의 트라이볼로지 특성이 나노 단위에서 강한 응력이 가해질 때 발생하는 변전 효과로 강유전체 내부의 분극 방향에 따른 상호작용에 의해 트라이볼로지 특성이 바뀌게 된다는 것을 확인했다. 이러한 새로운 강유전체 트라이볼로지 현상을 소재 나노 패터닝에 응용했다. 이 방식은 기존 반도체 패터닝 방식과 다르게 식각을 위한 화학 물질이나 고비용의 리소그래피(석판인쇄) 장비가 필요하지 않고, 매우 빠르게 나노 구조를 제작할 수 있는 장점이 있다.
홍승범 교수는 “개발한 패터닝 기술은 기존 반도체 공정에 쓰이는 패터닝 공정과 달리 화학 물질을 사용하지 않고, 매우 낮은 비용으로 대면적 나노 구조를 만들 수 있어 산업적으로 활용할 수 있는 잠재력이 있다”고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 실렸다.