가천대학교 대학원 반도체공학과 홍인표 석사과정생(박정웅 교수 연구팀)이 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발간하는 재료분야 최상위 학술지인 ‘Journal of Materials Chemistry A’(IF: 9.5, Q1, 상위 10%)에 제1저자로 논문을 게재했다.

논문 제목은 ‘Low coercive field in quasi-epitaxial Al-doped HfO₂ films for energy-efficient ferroelectric memories’(공동저자  Ph.D Rui He, Ph.D Thi My Huyen Nguyen, 박재호 석사과정생, 김민준 석사과정생, 교신저자 박정웅 반도체공학과 교수)로 2025년 13권 31호 쪽)에 정식 게재됐다.

이번 연구는 차세대 반도체 소자로 주목받고 있는 강유전체 하프늄 산화물(HfO₂) 박막의 한계를 극복하기 위한 새로운 공정을 제시했다는 점에서 주목된다. 기존 ALD(원자층 증착) 방식은 정교한 증착이 가능하다는 장점이 있지만, 낮은 생산성과 도핑 농도 제어 한계, 결정 구조 안정화에 제약이 있었다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 90도 오프축 RF 스퍼터링(Off-axis RF sputtering) 방식을 활용해 YSZ(100) 기판 위에서 준-에피택셜 성장을 유도했다. 그 결과, 20nm 이하 초박막에서도 높은 분극 특성과 낮은 구동 전력을 확보하는 데 성공했다. 특히 제작된 Hf₀.₆₇Al₀.₃₃Oᵧ 기반 강유전체 박막 커패시터는 차세대 비휘발성 메모리 소자의 에너지 효율 향상에 크게 기여할 수 있는 성과를 도출했다. 이는 AI, IoT, 모바일 기기 등 다양한 응용 분야에서 저전력·고집적 메모리 기술개발에 기여할 것으로 기대된다. 

가천대학교 반도체공학과와 전기공학과는 차세대 메모리 소자, 디스플레이, 에너지 소자 등 첨단 분야에서 소재와 소자 융합 연구를 선도하고 있다. 이번 성과는 글로벌 학계와 산업계에서 가천대의 경쟁력 있는 연구 역량을 다시 한번 입증한 중요한 성과다.

연구팀은 앞으로 HfO₂ 기반 강유전체 소자의 상용화 가능성을 높이기 위해 다양한 도핑 조성과 공정 조건 탐구를 이어갈 계획이다. 또한, 국내외 연구진과의 공동 연구를 통해 메모리 반도체뿐 아니라 차세대 센서 및 전력 소자 응용까지 연구 영역을 확대해 나갈 예정이다.