KAIST 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀은 전기및전자공학부 조병진 교수 연구팀, 독일 드레스덴 공과대학교 연구진과 공동으로 차세대 메모리 소재인 하프늄-지르코늄 산화물(HZO)에서 정보가 기록되는 과정을 규명했다고 밝혔다. HZO는 반도체 산업에서 널리 사용하는 하프늄 산화물에 지르코늄을 섞어 강유전성을 갖게 한 소재로, 전원을 꺼도 정보가 사라지지 않는 차세대 비휘발성 메모리 소재로 주목받고 있다.
강유전체는 전기를 끊어도 내부의 전기적 방향을 스스로 유지할 수 있는 물질로, 이 방향을 바꿔 0과 1의 정보를 기록할 수 있다. 연구팀은 고해상도 현미경을 이용해 나노미터 크기의 도메인이 전압에 따라 어떻게 변화하는지를 직접 관찰하고, 이를 실제 소자 전체에서 측정되는 전기적 변화와 비교·분석했다. 그 결과, 새로운 도메인이 곳곳에서 계속 생겨나는 동시에 이미 만들어진 도메인도 주변으로 퍼져나간다는 사실을 확인했다.
연구팀은 이 과정을 하나로 설명하는 새로운 이론인 '동시 핵생성-성장(SNG) 모델'로 정립했다. ETnews는 연구팀이 이번 연구를 통해 차세대 메모리의 성능을 높이는 데 활용될 수 있을 것으로 기대하며, 더 빠르고 안정적인 저전력 비휘발성 메모리, AI 뉴로모픽 소자 설계를 위한 기반을 마련했다고 보도했다.