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계명대 연구팀이 초음속 충격에도 견디는 반도체 메모리셀 소재를 개발했다(좌부터 박도윤 석사과정, 조신흠 교수, 강주현 학석사연계과정 [제공=계명대학교]

계명대학교 연구팀이 미국 오크리지국립연구소와 공동연구를 통해 초음속 충격 환경에서도 안정적으로 작동하는 반도체 메모리셀 소재를 개발했다. 이번 성과는 차세대 반도체 메모리와 항공우주·방위산업 응용 가능성을 동시에 열었다는 점에서 주목된다.

계명대 화학공학과 조신흠 교수 연구팀(박도윤 석사과정·강주현 학석사연계과정)과 기계공학과 김익현 교수 연구팀은 인듐-주석 산화물(Sn:In₂O₃) 나노결정을 활용한 적외선 플라즈모닉 소재를 합성, 마하 1.7 수준의 초음속 충격 환경에서도 구조적·전자적 안정성을 유지하는 데 성공했다. 

연구 결과는 국제학술지 ACS Applied Materials & Interfaces(IF 8.2)에 최근 온라인 게재됐다.

연구팀은 기존 고가의 Sn(IV) 전구체 대신 저렴한 Sn(II) 전구체를 사용해도 동일한 도핑 효과를 얻을 수 있음을 입증했다. 이로써 대량 합성과 재료 공급망 안정성 확보에도 기여할 수 있다는 가능성을 제시했다.

실험에서는 섭씨 591도(864K) 고온과 2메가파스칼(MPa) 고압 환경에서 반복되는 초음속 충격에도 산화 안정성을 유지하며, 플래시 메모리셀의 다중 레벨 셀(Multi-Level Cell, MLC) 동작이 가능함을 확인했다. 연구팀은 이를 통해 고성능 반도체 메모리뿐 아니라 GPU용 HBM(High Bandwidth Memory) 등 차세대 고집적 반도체 패키징 기술에도 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

조신흠 교수는 “이번 연구 성과는 항공우주와 방위산업 분야에도 폭넓게 적용될 수 있다”며 “고속 미사일 적외선 탐지 필터, 항공기 스텔스 소재, 자율주행 LiDAR 센서 등 정밀 탐지·제어가 필요한 분야에 새로운 솔루션을 제공할 것”이라고 말했다.

이번 연구에는 계명대 전략융합나노화학물 연구그룹 소속 박도윤 석사과정생이 제1저자로 참여했으며, 김익현 교수와 조신흠 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 연구는 계명대 RISE 사업과 한국연구재단 우수신진연구 지원을 받아 수행됐다.

한편, 조신흠 교수는 KAIST를 졸업하고 미국 텍사스대 오스틴캠퍼스에서 화학공학 박사학위를 취득했으며, 삼성전자 반도체연구소 책임연구원을 거쳐 2021년부터 계명대 화학공학과 교수로 재직 중이다. 그는 금속산화물 기반 반도체 나노소재와 차세대 반도체, 국방 적외선 기술 연구에 주력하고 있다.