KPI뉴스 - "반도체 소재 상식 뒤집었다"…울산과기원 '도메인 벽' 안정성 규명

  • 흐림태백18.0℃
  • 구름많음이천27.0℃
  • 구름많음흑산도21.3℃
  • 흐림광주24.0℃
  • 흐림강화20.4℃
  • 흐림목포23.0℃
  • 구름많음원주27.0℃
  • 흐림남해21.1℃
  • 흐림영천20.2℃
  • 흐림영덕18.7℃
  • 흐림철원25.0℃
  • 구름많음고창군23.1℃
  • 흐림장수20.7℃
  • 흐림강진군22.4℃
  • 맑음서청주23.6℃
  • 흐림청송군20.8℃
  • 흐림영주22.9℃
  • 비포항19.6℃
  • 흐림고산21.9℃
  • 흐림밀양21.9℃
  • 흐림안동22.7℃
  • 흐림창원21.5℃
  • 구름많음부안25.7℃
  • 비제주22.3℃
  • 흐림울릉도20.8℃
  • 흐림울진20.9℃
  • 구름많음금산22.9℃
  • 맑음천안24.5℃
  • 흐림양산시21.8℃
  • 구름많음강릉21.6℃
  • 맑음군산24.8℃
  • 구름많음속초21.4℃
  • 흐림여수21.3℃
  • 맑음인제22.7℃
  • 구름많음추풍령20.1℃
  • 비서귀포22.7℃
  • 구름많음동해20.9℃
  • 맑음대전23.4℃
  • 흐림해남22.3℃
  • 맑음청주25.2℃
  • 흐림의령군21.4℃
  • 흐림함양군20.8℃
  • 맑음서산25.9℃
  • 흐림진주20.7℃
  • 흐림정읍24.4℃
  • 구름많음고창24.0℃
  • 흐림대구21.2℃
  • 맑음춘천26.2℃
  • 흐림홍천24.0℃
  • 구름많음경주시19.2℃
  • 흐림합천20.7℃
  • 구름많음보은22.1℃
  • 흐림구미21.2℃
  • 흐림성산22.0℃
  • 흐림김해시20.6℃
  • 흐림봉화22.3℃
  • 흐림남원22.6℃
  • 흐림의성19.4℃
  • 흐림상주20.8℃
  • 맑음세종23.3℃
  • 흐림문경21.6℃
  • 구름많음대관령17.0℃
  • 구름많음백령도21.0℃
  • 흐림완도21.3℃
  • 맑음북춘천25.9℃
  • 흐림부산20.7℃
  • 흐림고흥21.6℃
  • 흐림광양시21.2℃
  • 구름많음정선군21.9℃
  • 맑음영월24.3℃
  • 맑음홍성24.9℃
  • 맑음충주24.2℃
  • 구름많음순창군23.4℃
  • 구름많음북강릉20.7℃
  • 구름많음영광군23.8℃
  • 흐림북창원21.3℃
  • 흐림보성군22.0℃
  • 맑음인천25.4℃
  • 흐림거창20.6℃
  • 흐림파주21.6℃
  • 흐림동두천22.3℃
  • 흐림울산19.0℃
  • 흐림진도군22.3℃
  • 맑음수원26.4℃
  • 흐림산청20.4℃
  • 흐림북부산21.3℃
  • 흐림순천20.4℃
  • 맑음부여23.2℃
  • 흐림장흥22.1℃
  • 흐림양평27.2℃
  • 구름많음전주25.0℃
  • 맑음보령23.2℃
  • 흐림통영20.9℃
  • 흐림임실22.6℃
  • 구름많음서울24.3℃
  • 맑음제천22.6℃

"반도체 소재 상식 뒤집었다"…울산과기원 '도메인 벽' 안정성 규명

최재호 기자
기사승인 : 2025-05-22 09:23:42
"산화하프늄에서 '대전된 도메인 벽'이 벌크 영역보다 안정"

강유전체의 불안정한 구조로 여겨졌던 '도메인 벽'이 오히려 가장 안정적인 상태일 수 있다는 분석이 울산과학기술원(UNIST) 연구팀에 의해 나왔다. 도메인 벽의 유무에 따라 0과 1의 정보를 저장하는 고밀도 반도체 메모리 소자 개발에 길이 열린 셈이다.

 

▲ 이준희 울산과기원 교수

 

UNIST는 반도체소재부품대학원 이준희 교수팀이 강유전체에서 '대전된 도메인 벽'이 가장 에너지가 낮은 상태로 여겨지는 벌크 영역보다 더 안정적으로 존재할 수 있다는 사실을 양자역학 기반 계산을 통해 입증했다고 22일 밝혔다.


'강유전체'는 외부에서 전기장을 가해 물질 내부의 분극 방향을 바꿀 수 있는 차세대 반도체 소재다. 이 소재 내부에는 서로 다른 분극 방향이 만나는 경계면인 도메인 벽이 형성되는데, 형성에 필요한 에너지가 높고, 일단 생겨도 쉽게 사라져 불안정하다고 알려져 있었다.


이 교수팀은 산화하프늄(HfO₂) 강유전체의 특정 결정 방향에서 형성되는 '대전된 도메인 벽'(charged domain wall)이 오히려 벌크 영역보다 낮은 총 에너지 상태를 가질 수 있다는 사실을 이론적으로 확인했다.


고체물리학 상식에 반하는 이 같은 현상은 '음의 구배 에너지'라는 특이한 물리적 성질 덕분이다. 분극 방향이 급격히 바뀌는 도메인 벽에서는 보통 구배 에너지가 양의 값을 가져 벽 형성을 방해한다. 하지만 산화하프늄의 경우, 특정 진동 모드에서 이 에너지가 음수로 바뀌며 도메인 벽이 형성되기 쉬운 조건이 만들어졌다.


이처럼 음의 구배 에너지가 대전으로 인해 생긴 정전기 에너지를 일부 상쇄하고, 나머지 에너지는 도핑을 통해 보상하면, 전체적으로는 벌크보다 더 안정적인 도메인 벽이 형성될 수 있다는 결론이다.


이준희 교수는 "강유전체내 대전된 도메인 벽이 에너지적으로 안정화될 수 있는  조건을 이론적으로 규명한 연구" 라며 "도메인 벽의 유무를 각각 0과 1의 정보로 저장하는 고밀도 메모리 소자 개발에 단서"가 될 것이라고 말했다.


이번 연구는 UNIST의 파완 쿠마르(Pawan Kumar) 연구원과 딥티 굽타(Dipti Gupta) 연구원이 각각 제1저자와 공동저자로 참여했다. 연구 결과는 물리학 분야 최고 권위 학술지인 '피지컬 리뷰 레터스'(Physical Review Letters)에 4월 22일자로 출판됐다.


연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단, 산업통상자원부 한국산업기술진흥원의 지원을 받아 이뤄졌다.

 

▲ 파완 쿠마르 연구원(제1저자)

 

KPI뉴스 / 최재호 기자 choijh1992@kpinews.kr 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]