우리 대학 연구진이 세계 최초로 손가락만한 크기의 테라바이트급(1,000기가바이트) 비휘발성 메모리 개발 길을 열었다.

BK21 양자물성연구 고급인력양성사업단의 부상돈 교수(물리학전공) 연구팀이 차세대 메모리의 하나인 강유전체 비휘발성 메모리(F램)의 용량을 1제곱센티미터 당 테라바이트 수준으로 향상시킬 수 있는 연구결과를 내놓았다.

부 교수와 대학원생 김종옥, 최용찬, 한진규, 양선아, 정금옥 등 연구진은 일상생활과 산업체 등 다양한 분야에서 사용되고 있는 티탄산지르콘산연(PZT) 재료를 기존의 박막 구조가 아닌 나노튜브 어레이 구조로 제작한 후 F램으로 응용하기 위한 필수 조건인 강유전 이력곡선을 측정하는데 성공했다.

서울대와 서강대, 공군사관학교, 한국표준과학연구원이 공동으로 참여한 이 연구 결과는 나노 분야의 세계적 권위지인 '나노레터스(Nano Letters; 인용지수 9.960)' 6월 10일자 온라인 판에 게재됐다.

이 논문에서 부 교수는 교신저자로, 김종옥 연구원은 제1저자로 이름을 올리는 등 전북대 대학원생들이 제5저자까지 모두 이름을 올리는 쾌거를 달성했다.

부상돈 교수는 “이번 결과는 기존의 연구 결과와는 달리 F램의 집적도를 크게 향상시킬 수 있다는 사실을 보여줌으로써 꿈의 메모리로 불리는 F램의 상용화 가능성을 한층 더 높여주는 중요한 연구 결과”라며 “특히 순수 국내 연구진에 의한 연구결과여서 향후 한국의 F램 산업에 있어서 긍정적인 요소로 작용할 것으로 기대된다”고 평가했다.

그동안 나노튜브를 어레이 형태로 제작하면 F램을 3차원 구조로 구현, 직접도를 현격하게 향상 시킬 수 있다는 이점 때문에 영국의 캠브리지대학, 독일의 막스플랑크 연구소 등 세계 유수의 연구진에 의해 연구가 이루어져 왔다.

그러나 현재까지 보고된 나노튜브 어레이 중 강유전 이력곡선을 가지는 나노튜브 크기는 직경이 수백나노미터에 이르고 나노튜브 벽의 두께도 수십 나노에 달해 이상적인 집적도 구현에 한계가 있었다.

반면 부 교수 연구팀이 제작한 나노튜브는 직경이 50나노미터(머리카락 직경의 약 2000분의 1)로 현재까지 보고된 강유전체 나노튜브 중 직경이 가장 작고, 튜브의 벽 두께도 5나노미터밖에 되지 않아 기존에 개발된 강유전체 나노튜브보다 훨씬 높은 직접도를 구현할 수 있게 됐다.

이와 함께 부 교수 연구팀은 고분해능 전자투과현미경을 이용, PZT 나노튜브를 구성하는 단위셀이 정방정계(Tegragonal)의 페로브스카이트(Perovskite) 구조임을 입증했다.

이번에 발견된 페로브스카이트 결정립의 크기는 기존의 박막에서 발견되었던 크기(직경 수백 나노미터)에 비해 현저히 작은 3~7나노미터의 직경을 가지고 있었다.

이와 관련 부 교수는 “이는 구조적인 제약에서 오는 '크기효과(size effect)'로 추정 할 수 있지만, 정확한 물리적 이유를 규명하기 위해 심층 연구를 진행하고 있다”고 말했다.

부상돈 교수는 지난 99년 F램 신물질 개발 관련 논문을 공동저자로 네이처지에 게재하였으며, 2006년 '제5회 아시아 강유전체학회'에서 '포스트어워드(Poster Award)' 상을 수상하는 등 F램 분야의 권위자로 인정받고 있다.