윤순길 교수의 주도하에 진행된 이번 연구는 △안준구 박사과정생(제1저자, 충남대) △박경우 석사과정생(충남대) △정현준 석사과정생(충남대)이 참여한 연구로, 순수 국내 연구인력만으로 일궈낸 우수 연구성과라는 점에서 의의가 크다.


 이 연구는 교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 지원하는 △중견연구자지원사업 중 도약연구, 핵심연구 △2단계 BK21사업 등의 지원을 받아 수행되었다.



  특히 이번 연구결과는 나노분야의 세계적인 과학저널인 ‘나노레터(Nano Letters)’誌 지난해 12월 29일(화)자 온라인 판에 게재되었다.


 윤순길 교수 연구팀은 저온에서 화학기상증착법을 이용해 상변화재료인 IST(In-Sb-Te) 박막 제조와 나노와이어 성장을 조절하여, 고집적 상변화메모리 소자를 응용할 수 있는 공정방법을 개발하였다.


   지금까지 상변화재료에 대한 연구는 대부분 Ge-Sb-Te(GST) 재료를 이용한 것으로, 고집적 소자를 만들기 위한 CVD 공정기술 확보를 위해 집중적으로 진행되었다. 그러나 세계 선진 연구기관도 아직까지 100nm급 소자 적용 공정기술을 확보하지 못한 실정이고, GST 물질의 원천특허도 선진국에 집중되어 연구개발이 어려웠다.


 그러나 윤 교수팀은 대 면적 양산이 가능한 유기금속 화학증착법(MOCVD)을 이용해, IST재료를 저온(약 250^oC)에서 단순한 공정압력 조절을 통해 박막 증착과 나노와이어 제조에 성공하였다.


   기존의 나노와이어들이 높은 온도(>500^oC)에서 촉매반응으로 제조되는 반면에, 이번 연구는 금(Au) 등 귀금속 나노도트(Nano dot)들의 촉매반응 없이, 저온(~ 250^oC)에서 13x10²Pa의 공정압력 변화를 통해 상변화 재료인 IST 나노와이어를 제조할 수 있었다.


   이렇게 제조된 IST 나노와이어를 이용하여 상변화 메모리 소자의 특성을 구현한 결과, 약 1.6V에서 문턱전압(Threshold Voltage)을 나타내었고, 각각 비정질(Amorphous)과 결정질(Crystalline)에서 100배의 차이를 보이는 메모리 특성을 보였으며, 멀티 레벨의 메모리 구동 가능성도 확인할 수 있었다. 


 또한 윤순길 교수팀은 개발된 MOCVD 공정기술법을 이용해,  100nm급 트렌치구조에 95% 이상의 단차피복(Step Coverage)을 보이는 공정기술을 개발하였고, 재료의 조성을 간단하게 조절할 수 있는 방법과 증착속도를 높이는 공정기술을 확보하는데도 성공하였다.


  이를 통해 제조된 IST 재료의 물성 특성을 평가한 결과, 제조된 IST 재료는 비정질상으로서, 메모리 셀 안에 고르게 증착되어 기존의 낮은 결정화 온도로 인해, CVD를 통한 고집적 메모리 셀 제조의 어려움이 있었던 GST 재료 개발의 문제점을 해결하였다.


   또한 IST 재료를 이용해 메모리 소자 특성을 분석한 결과, 멀티 레벨의 메모리 구동 특성을 나타내는 것으로 확인되어, 차세대 비휘발성 멀티 레벨 메모리 개발의 가능성을 열었다.  

 연구를 주도한 윤순길 교수는 “이번 연구는 지금까지 CVD방법을 통한 상변화메모리 재료의 고집적 공정기술 개발의 어려움을 극복하여, 순수 국내 연구진이 저온 MOCVD 방법으로 단순 공정압력 조절을 통해 박막과 나노와이어를 제조할 수 있는 획기적인 원천 공정기술을 개발하였다는 점에서 의미가 있다”고 연구의의를 밝혔다.