[한국정책신문=최인철 기자]포스텍 신소재공학과 손준우 교수 연구팀(제1저자 박윤규 박사과정, 교신저자 손준우 교수)이 500도 이상의 고온에서만 합성할 수 있었던 높은 결정성의 루틸 TiO₂를 낮은 온도(50~150도)에서도 만들 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다.
연구 결과는 16일 세계적인 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션 (Nature Communications)’에 발표됐다.
루틸 TiO₂는 고성능 DRAM, 3D 모노리식(monolithic) 반도체 등 차세대 디바이스용 소재로 주목받고 있는 고유전 물질이다. 유전률이 높아 작은 전압에서도 많은 양의 전하를 저장할 수 있다. 루틸 TiO₂를 합성하기 위해서는 매우 높은 온도가 필요해 전자 디바이스 제작에 어려움이 있었다. 저온에서는 결정 내부 반복 구조상 산소가 있어야 할 자리에 산소가 없는 산소 결함이 발생하기 쉬워 우수한 성능의 디바이스를 구현할 만큼 균일한 품질을 얻기 어렵다는 문제가 있었다. 미세공정으로 이뤄지는 디바이스 산업에서는 재료의 균일도가 생산수율에 큰 영향을 미친다.
손준우 교수팀이 찾아낸 방법은 비교적 낮은 온도에서도 산소 이온을 충분히 공급할 수 있어 산소 결함이 거의 없는 균일한 품질의 루틸 TiO₂를 얻을 수 있다. 손준우 교수팀은 이를 기반으로 차세대 반도체 소자 개발에 주력할 계획이다. 손준우 교수는 “미래기술육성사업의 지원으로 산화물 이종접합 연구를 진행하던 중 이런 현상을 우연히 발견했다”고 말했다.
이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원을 받아 2017년 9월부터 수행됐다. 삼성미래기술육성사업은 국가 미래 과학기술 연구 지원을 위해 2013년부터 10년간 1.5조원을 지원하고 있으며 561개 과제에 7,189억원의 연구비를 집행했다.