지난해 12월29일 세계 최고의 나노분야 과학저널인 ‘나노레터(Nano Letters)’ 온라인판에 충남대학교 윤순길 교수팀의 ‘상변화메모리 고집적화를 위한 나노와이어 제조 및 응용 가능성 확대’에 대한 연구 결과가 게재되었다. 윤순길 교수팀은 이번 연구에서 저온에서 화학기상증착법을 이용해 상변화재료인 InSbTe의 박막 제조 및 나노와이어 성장을 조절하여 고집적 상변화메모리 소자에의 응용을 가능케 하는 공정방법을 규명하였다. 더욱 주목할 점은 윤순길 교수의 주도하에 진행된 이번 연구가 안준구 박사과정생, 박경우 석사과정생, 정현준 석사과정생 등 순수 국내 연구인력만을 통한 성과라는 것이다. 윤순길 교수팀은 조만간 국내 특허를 출원할 계획이다.

상변화 재료 박막과 나노와이어 제조법 규명
순수 국내 연구인력만으로 이뤄낸 값진 성과
지금까지 상변화재료에 대한 연구는 대부분 Ge-Sb-Te(GST) 재료를 이용하여 고집적 소자를 만들기 위해 화학기상증착법에 대한 공정기술의 확보가 관건이었다. 많은 연구기관에서 아직도 100㎚ 급 소자에의 적용을 위한 공정기술을 확보하고 있지 못하는 실정이며, GST 물질의 원천특허 또한 선진국에만 집중되어 있어 연구개발의 어려움을 가지고 있었다.
그러나 윤 교수팀이 대면적 양산을 가능케 하는 화학기상증착법(MOCVD)을 이용하여 In-Sb-Te(IST) 재료를 단순한 공정압력만으로 조절함으로써, 박막증착 및 나노와이어를 제조하는데 성공, 이로써 그간의 어려움을 해결할 수 있게 됐다.

연구를 주도한 윤순길 교수는 “기존의 나노와이어들이 높은 온도(>500℃)에서 촉매반응을 통해 제조되고 있는 반면, 본 연구는 촉매반응을 일으키는 Au 등과 같은 귀금속 dot들의 필요 없이 저온(~250℃)에서 13x102 Pa의 공정압력 변화를 통해 상변화 재료인 IST 나노와이어를 제조할 수 있었다”며 “이렇게 제조된 IST 나노와이어를 이용하여 상변화 메모리 소자의 특성을 구현해본 결과 약 1.6V에서 문턱전압(Threshold Voltage)을 나타내었고, 각각 비정질(Amorphous)과 결정질(Crystalline)에서 100배의 차이를 보이는 메모리 특성을 나타내었으며, 또한 이를 통하여 멀티(Multi)레벨의 메모리 구동의 가능성도 확인할 수 있었다”고 전했다.
윤 교수팀의 이번 상변화 재료 박막과 나노와이어 제조법 규명으로 상변화 메모리 공정기술의 어려움을 극복함은 물론, 차세대 비휘발성 멀티레벨 메모리 개발의 가능성을 열었다는 평가다.
또한 개발된 MOCVD 공정기술법을 이용하여 100㎚ 급 트렌치구조(Trench structure)에 95% 이상의 Step Coverage를 보이며 증착할 수 있는 공정기술을 개발, 재료의 조성을 간단하게 조절할 수 있는 방법과 증착속도를 높이는 공정기술을 확보하는 등 놀라운 성과를 보여주고 있다.
윤순길 교수는 “이번 연구는 지금까지 화학기상증착법을 통한 상변화메모리 재료의 고집적 공정기술개발에 어려움을 갖고 있던 현실에서 저온 MOCVD 방법을 이용하여 단순 공정압력 조절을 통한 박막 및 나노와이어를 제조할 수 있는 획기적인 원천 공정기술 개발을 순수 국내 연구 인력만을 통하여 개발하였다는 점에서 뜻 깊은 일”이라고 연구의의를 밝혔다.