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비스무트 층상 유전체 나노레이어 적층 방향에서 보는 새로운 유전 특성

전문가 제언: ○ 강유전체(ferroelectrics)는 1920년 로셸염이라는 물질에서 처음 그 성질이 발견되어 알려지게 된 물질로서 1935년에서 1938년 사이에 KDP(Potassium Dehydrate Phosphate) 계열의 단결정들이 성장되면서 많은 연구가 시작되었다. 이들 물질들의 특징적인 물성은 자발분극(spontaneous polarization)을 가지고 있을 뿐만 아니라, 이 자발분극이 전기장에 의해 역전(polarization reversal)되는 현상을 보이는 것이다. 유전체 중에서 자발분극을 갖는 물질은 많지만 전기장으로 분극의 방향을 바꿀 수 없으면 이는 강유전체라고 할 수 없다.

○ 지금까지 강유전체 박막의 두께는 수백㎚에서 아무리 얇아도 수십㎚가 고작이었으나 국내에서 수㎚ 두께의 강유전체 박막을 만드는 연구가 성공하였다는 보도가 있으며, 간접적인 방식으로는 1㎚ 두께에서도 강유전체의 성질 중 하나를 관찰하였다고도 한다.

○ 그간 DRAM을 비롯한 메모리 소자 연구에서는 ‘두께는 얇게, 사이즈는 작게’가 목표였다. 하지만 DRAM의 경우 두께가 얇아지면 얇은 두께를 통해 전류가 흘러 메모리소자로 사용할 수 없다는 문제가 있었다.

○ 이와 마찬가지로 강유전체를 이용한 메모리 소자에서도 강유전체의 두께가 얇아질수록 누설 전류(leakage current)가 커져 강유전성을 직접 측정하기가 매우 어려웠다. 원래 강유전체는 절연체지만 박막을 증착할 때 생기는 여러 가지 결함들 때문에 전류가 흐르는 일종의 ‘길’이 생겨 누설 전류가 흐른다.

○ Funakubo(舟窪)는 페로브스카이트 대하여 구조와 특성을 리뷰하고, 지금까지 많이 사용되어 온 단순 페로브스카이트 구조 유전체의 문제점을 해결하기 위하여 c축 배향된 SrBi4Ti4O15와 CaBi4Ti4O15의 나노레이어의 적층 방향에서 새로운 유전 특성을 발견하여 20㎚ 막 두께에서 안정한 정전 용량과 우수한 절연성을 갖는 새로운 재료를 발견하였다고 한다. 국내 관련 분야 연구 종사자에게 좋은 참고 자료가 될 것으로 생각되어 추천하는 바이다.

저자: Hiroshi FUNAKUBO
자료유형: 학술정보