- 세종대학교 최영진교수팀, 차세대 태양전지 소재인 유무기복합 페로브스카이트를 이용한 새로운 메모리 소자 개발 -
국내 연구진이 세계 최초로 유무기복합 페로브스카이트(Organic-inorganic hybrid perovskite)를 이용한 비휘발성 메모리 소자 제작에 성공했다.
세종대학교(총장 신구) 나노신소재공학과 최영진 교수 연구팀은 미래유망융합기술파이오니어사업(생체신호제어나노소자융합연구단)의 지원을 받아 ‘유무기 복합 페로브스카이트를 이용한 저항변화메모리 소자’제조 기술을 세계 최초로 개발했다. 이번 연구 결과는 재료과학분야 세계적 국제학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’ 10월 28일 자 온라인판에 표지 논문(Inside Back Cover)으로 선정됐다.
차세대 태양전지 소재로 활발히 연구되고 있는 유무기복합 페로브스카이트는 높은 빛-전기 변환효율을 가지고 있으며, 화학적인 방법을 통한 저가 제조가 가능해 태양전지 분야에서 각광 받고 있는 신물질이다. 특히 유기물을 기반으로 해 유연성을 가지고 있을 뿐 아니라 투명하기도 해서, 미래의 플렉시블 디바이스에 적용될 수 있는 메모리소자로의 응용이 기대되고 있다. 그 동안 유무기복합 페로브스카이트가 가지는 제조 상의 용이성 및 독특한 물리적 특성은 태양전지뿐만 아니라 LED, 트랜지스터 등 다양한 전자 소자에 응용될 수 있는 것으로 연구를 통해 확인되었지만 메모리 분야, 특히 강력한 차세대 메모리 후보군인 저항변화메모리 분야에 적용된 예는 아직까지 없었다.
연구팀은 유무기복합 페로브스카이트를 화학적인 방법으로 제조하고, 이를 기반으로 기존의 저항변화메모리 소자에 버금가는 낮은 동작전압과 높은 재현성을 갖는 메모리 소자를 개발하는 데 성공했다. 이번 연구는 기존에 광전변환 특성에만 연구의 초점이 맞춰져 있던 유무기복합 페로브스카이트 물질을 이용해 동작특성이 우수한 비휘발성 저항변화 메모리 소자를 제작할 수 있다는 가능성을 열어주는 계기가 되었다.
물론 기존에도 무기물 기반의 페로브스카이트 물질을 이용해 저항변화메모리 소자를 제작한 사례가 있긴 했으나 이 경우 고온·진공의 공정이 필요했다. 유기물 기반 메모리 소자의 경우에는 저온·화학적 방식 제작이 가능하다는 장점에도 불구하고 높은 동작전압과 낮은 열 안정성의 단점을 갖고 있었다. 반면, 이번 연구에서는 유무기복합 페로브스카이트를 사용해 저온·화학공정이 가능하며, 무기물 페로브스카이트 기반의 메모리 소자에 버금가는 1V 내외의 동작전압, 104 초 이상의 지속시간 및 안정성과 재현성을 갖는 비휘발성 메모리 소자를 제작할 수 있다는 것이 확인됐다.
본 기술을 기반으로 유무기복합 페로브스카이트 내 유기물 조성 및 무기 불순물의 종류 등을 변화시킴으로써 보다 향상된 저항변화메모리 소자를 제작할 수 있을 것으로 기대되며, 나아가 유무기복합 페로브스카이트 소재가 가지고 있는 투명성과 유연성을 기반으로 미래의 플렉시블 디바이스에도 다양하게 적용될 것으로 기대된다.
제 1저자로 이번 연구를 진행한 유은지 연구원은 “유무기복합 페로브스카이트 저항변화메모리 소자는 기존 저항변화 소자에 뒤지지 않는 메모리 특성을 보인다”며 “저항변화 외에 유무기복합 페로브스카이트 물질이 가지고 있는 여러 물리적 성질을 이용하면 차세대 비휘발성 메모리 후보군으로 손꼽히고 있는 상변화메모리 및 강유전메모리와 같은 다양한 종류의 메모리 소자를 제작할 수 있을 것”이라고 설명했다.
최영진 교수는 “이번 연구는 태양전지 분야에 초점이 맞춰져 있던 유무기복합 페로브스카이트에 대한 연구의 흐름을 메모리 측면에서 재조명할 수 있는 발상의 전환을 이루어냈다는 점에서 의의가 있다”고 말했다.
