- 육방정 질화붕소(h-BN) 사이에 0차원 양자점을 단일층으로 형성

- 80% 이상 투명성을 유지하면서 휘어졌을 때도 메모리 기능 유지

이차원 나노소재 기반 플렉서블 메모리 소자는 데이터 저장, 처리, 통신에 중요한 역할을 하기 때문에 차세대 웨어러블 시장에서 필수적인 요소 중 하나이다. 

수 나노미터(㎚)의 2차원 나노소재로 초박막 메모리 소자를 구현할 경우, 기존에 비해 메모리 집적도를 크게 높일 수 있어 2차원 나노소재를 기반으로 플렉서블한 저항 변화형 메모리 등이 개발되어왔다. 그러나 기존의 2차원 나노소재를 활용한 메모리들은 캐리어1)를 가두어 두는 특성이 약하여 메모리로서의 한계를 가지고 있다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 기능성복합소재연구센터 손동익 박사 연구팀이 절연 특성2)을 가지는 2차원 나노소재인 육방정 질화붕소(hexagonal Boron Nitride, h-BN) 초박막 구조 사이에 0차원3) 양자점을 단일층으로 형성시킴으로써 이종 저차원 초박막 나노구조체 기반 투명하고 휘어짐이 가능한 메모리 소자를 개발했다고 밝혔다.

이종 저차원 나노 복합구조체 기반 휘어지고 투명한 초박막 메모리 소자 제조 방법

이종 저차원 나노 복합구조체 기반 초박막 구조체 형성 이미지

연구팀은 양자 제한4) 특성이 우수한 0차원 양자점을 활성층으로 도입, 2차원 나노소재에서 캐리어를 제어함으로써 차세대 메모리 후보가 될 수 있는 소자를 구현하였다. 

이를 기반으로 샌드위치 구조를 가지는 2차원 육방정 질화붕소(hBN) 나노소재 사이에 0차원 양자점을 수직 적층 복합구조체로 형성하여 투명하고 휘어짐이 가능한 소자로 제작하였다. 개발된 소자는 80% 이상 투명성을 유지하면서, 휘어졌을 때도 메모리 기능을 유지하였다.

캐리어(Carrier): 전하를 옮기는 물질을 의미하며, 종류로는 전자(-), 정공(+)이 있다.

이차원 나노소재는 전기적 특성에 따라, 도체, 반도체, 절연체로 나뉜다. 육방정 질화붕소(hexagonal Boron Nitride, h-BN)는 절연 특성을 가지는 대표적인 물질이다.

0차원: 분말과 같은 입자 형태를 지님

양자 제한 효과: 나노입자 공간 벽에 의해 전자가 불연속적인 에너지 상태를 형성하는 현상

이종 저차원 나노 복합구조체 기반 초박막 메모리 소자 특성 자료

손동익 박사는 “전도성을 가지는 그래핀에 비해, 절연성 특성을 가지는 육방정 질화붕소(hBN) 위에 양자점 적층 제어기술을 제시함으로써 초박막 나노 복합구조체 연구에 기초를 확립하였고, 차세대 메모리 소자의 제작 및 구동 원리를 밝혔다는 데 의의가 있다”라고 말하며, “향후 이종 저차원 나노물질 복합화의 적층 제어기술을 체계화하고 응용범위를 확대할 예정이다”라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 KIST 주요 사업, 한국연구재단 중견 연구사업 및 나노원천기술개발사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료과학 및 복합소재 분야 국제저널인 ‘Composite Part B: Engineering’(IF: 9.078, JCR 분야 상위 0.549%) 최신 호에 게재되었다.

* 논문명: Memory effect of vertically stacked hBN/QDs/hBN structures based on quantum-dot monolayers sandwiched between hexagonal boron nitride layer

- 제1저자: 한국과학기술연구원 심재호 박사후연구원

- 교신저자: 한국과학기술연구원 손동익 책임연구원

< 연구자 소개 >

	○ 성명: 심재호 박사(제1저자) ○ 소속: 한국과학기술연구원 전북분원 복합소재기술연구소 기능성복합소재연구센터 연구원 (現, 삼성전자 연구원) ○ 전화: 063-219-8244 ○ e-mail: jshim0214@gmail.com
	○ 성명: 손동익 박사(교신저자) ○ 소속: 한국과학기술연구원 전북분원 복합소재기술연구소 기능성복합소재연구센터 책임연구원 ○ 전화: 063-219-8155 / 010-8588-1525 ○ e-mail: eastwing33@kist.re.kr