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[IT뉴스]국내 연구진, 산화하프늄 ‘원자폭 도메인 경계’ 형성 원리 규명

온카뱅크관리자

2026-10-28 09:57:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">‘포논 쌍 응축’ 통한 경계 안정화 메커니즘 입증<br>전자현미경으로 산소 원자 변위 실측 검증<br>강유전체 메모리 집적화 높이는데 도움 기대</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="4NHyX6YCTR">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="1ed6358d2017d32ec32bf9a76fdd0bb3abde2019c9feae4e2eea024d73b3262c" dmcf-pid="8jXWZPGhlM" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="단일 포논 모드와 포논 쌍 응축에 의해 형성되는 도메인 벽 비교. 연구그림=UNIST" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/28/seouleconomy/20261028094716727xnbq.png" data-org-width="1200" dmcf-mid="fL350dtWTe" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/28/seouleconomy/20261028094716727xnbq.png" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            단일 포논 모드와 포논 쌍 응축에 의해 형성되는 도메인 벽 비교. 연구그림=UNIST
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="ba8e03bfb83288585c2779caa82e2bd10147371ae593cf788127169e7a8ef099" dmcf-pid="6AZY5QHlhx" dmcf-ptype="general">차세대 비휘발성 메모리 소재인 산화하프늄(HfO₂) 내부에서 정보 저장 구역 간 경계가 원자 수준으로 얇고 안정적으로 만들어지는 원리가 규명됐다. 정보 저장 단위를 더 작고 촘촘하게 배열해 초고집적·저전력 반도체 메모리를 설계하는 데 핵심 기반이 될 전망이다.</p>
          <p contents-hash="845893dfca87f349d5e96ba282613fae6cf1b24e9765625cddbd90507ed5ad59" dmcf-pid="Pc5G1xXSvQ" dmcf-ptype="general">울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이준희 교수팀이 포항공과대학교(POSTECH) 신소재공학과 최시영 교수팀과 함께 산화하프늄의 ‘포논 쌍 응축(phonon-pair condensation)’ 메커니즘을 규명하고, 이를 원자 분해능 전자현미경으로 실측 확인했다고 28일 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="45f037a36d753ab90b75f7bcbe5a55b08bca7b31125019c84537cd235a062e03" dmcf-pid="Qk1HtMZvlP" dmcf-ptype="general">산화하프늄 같은 강유전체는 외부 전기장에 따라 내부 전기적 극성 방향이 바뀌며, 전원이 꺼져도 바뀐 방향을 그대로 유지한다. 서로 반대인 두 극성 방향을 0과 1에 대응시켜 비휘발성 메모리 소자로 활용할 수 있다. 극성 방향이 같은 영역을 ‘도메인’, 영역 간 경계를 ‘도메인 벽’이라 부른다. 도메인 벽이 얇고 안정적일수록 제한된 면적에 더 많은 도메인을 배치해 메모리 집적도를 높일 수 있다.</p>
          <p contents-hash="4f20553bc51db4d76fcbd4fe0b249030fc8df1e8e6538a2c58cb58810e036329" dmcf-pid="xEtXFR5TT6" dmcf-ptype="general">기존 단일 모드 기반 강유전체는 도메인 벽에서 극성을 유발하는 주요 포논(격자진동) 모드가 억제되면서 결정 구조가 흐트러지는 한계가 있었다. 반대 방향의 두 영역을 잇기 위해 여러 원자층 두께의 불안정한 완충지대가 필요했고, 경계 형성에 많은 에너지가 소모돼 소자 소형화의 걸림돌로 작용했다.</p>
          <p contents-hash="a9bf8237565332680794cb84e0f1ce700635696e50e1ba8b86e47de15efd3730" dmcf-pid="y7LdoWiPv8" dmcf-ptype="general">연구팀은 산화하프늄에서 하나의 포논 밴드 양 끝에 위치한 두 포논 모드가 한 쌍처럼 결합해 동시에 작동하는 ‘포논 쌍 응축’ 현상을 밝혀냈다. 도메인 경계에서 한 포논 모드가 약해질 때 반대편 모드가 함께 나타나 빈자리를 보완하는 방식이다.</p>
          <p contents-hash="aeebe3911a906e2a58166f7adba4ef3d583208a0a8aeec79194697aa6de5fb3d" dmcf-pid="WzoJgYnQT4" dmcf-ptype="general">두 모드의 상호보완 작용 덕분에 극성이 180도 반전되는 경계에서도 주변 내부(벌크)와 동일한 결정 대칭성(Pca2₁)이 그대로 유지됐다. 구조가 무너지는 완충지대나 추가적인 에너지 소모 없이도 원자 수준 두께의 얇은 ‘벌크형 도메인 벽’이 형성되는 이유다.</p>
          <p contents-hash="ceb7ee874e1573185f71c7f9e1c7eb67f4e0a042bd2e6153f59f757e56a7f9ca" dmcf-pid="YqgiaGLxlf" dmcf-ptype="general">이론 계산 결과는 실험으로도 입증됐다. 연구팀은 밀도범함수이론(DFT) 계산을 통해 도메인 벽의 안정성과 원자 이동 경로를 먼저 예측했다. 이어 POSTECH 연구진이 원자 수준 관찰이 가능한 주사투과전자현미경(ABF-STEM)으로 실제 산화하프늄 도메인 경계의 산소 원자 배열을 촬영했다. 측정된 산소 원자의 치우친 방향과 변위 거리는 이론 예측값과 정량적으로 일치했다.</p>
          <p contents-hash="e749a15a4db6cd5da54949458af26e30c6b0d3904aa3959d9d4be13608fe0220" dmcf-pid="GBanNHoMWV" dmcf-ptype="general">이준희 UNIST 교수는 “산화하프늄은 아주 얇은 박막 상태에서도 강유전성을 유지하고 기존 반도체 공정과의 호환성도 뛰어나다”며 “이번에 규명한 원리를 적용하면 도메인 벽 간격을 줄이면서도 안정적인 강유전 상태를 유지할 수 있어 차세대 메모리 집적도를 높이는 데 기여할 것”이라고 말했다.</p>
          <p contents-hash="1999d7a6753ca55e5159adca03e2890042122d533439794fc33ceee39d948645" dmcf-pid="HbNLjXgRT2" dmcf-ptype="general">UNIST 이현재 박사와 파완 쿠마르(Pawan Kumar) 박사가 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 미국물리학회 학술지 ‘피지컬 리뷰 X(Physical Review X)’에 8월 18일 자로 게재됐다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단과 산업통상자원부 한국산업기술진흥원 등의 지원을 받아 이뤄졌다.</p>
          <p contents-hash="4caaeea71c7eca283a076a91d01a5a02f45e1a4ce602a3c4d302cc3e9ae938e9" dmcf-pid="XKjoAZaeC9" dmcf-ptype="general">울산=장지승 기자 jjs@sedaily.com</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 서울경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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