GST는 Ge2Sb2Te5을 뜻합니다. Ge, Sb, Te는 각각 원소이름입니다. Ge는 게르마늄, Sb는 안티몬, Te는 테릴륨을 말합니다. 삼성전자 등 메모리 제작 업계에서 차세대 메모리로 각광받을 것으로 예상하고 있는 상변화 메모리(PRAM, Phase change Random Access Memory)의 정보저장기능을 하는 구역을 GST 물질로 채웁니다.

PRAM에서 정보저장기능을 담당하는 GST 박막의 열전도도에 대한 연구는 삼성이나 IBM, 하이닉스 등 PRAM 개발 업체에서는 매우 중요하게 생각하고 있습니다. GST 박막의 열전도도는 반도체 제작공정에서 매우 많이 쓰이는 Silicon(Si)이나 Silicon oxide(SiO2)처럼 명확하게 규명되어 있지 않기 때문입니다. 산업에서 많이 쓰이지만 아직 명확하게 제시되지 않고 있는 GST의 정확한 열전도도를 발표하는 것은 세계적으로 많은 주목을 받습니다. GST 박막의 정확한 열전도도를 계측하는 것은 바로 업체 이익과 직결되기 때문입니다. 이와 같은 중요성으로 인해 본 연구실에서 진행하는 GST 박막 열전도도 계측연구는 삼성전자와의 공동연구 및 재정 및 실험샘플 지원을 받아 진행하고 있습니다.

일반적으로 PRAM에서 쓰이는 GST 박막 두께는 50 nm 정도입니다. 또, 일반적으로 알려진 Bulk 두께의 열전도도는 박막의 열전도도보다 크다고 알려져 있습니다. 박막 두께에 따른 열전도도 차이가 존재하는지에 대해 PRAM 제작 업체 및 학계에서는 관심이 많습니다.

두께 말고 결정상에 따라서도 열전도도는 변합니다. 결정상이 변하면 열전도도는 물론 전기전도도도 변합니다. 결정상이 변하면 GST내 구조도 변하기 때문입니다. 참고로 PRAM에서 0과 1을 구분하여 읽을 때 바로 결정상별(Amorphous, FCC) 전기전도도 차이를 이용합니다.




벌크 스케일에서는 계면열저항 크기가 재료 자체의 열저항에 비해 극히 작지만 PRAM과 같이 미세박막들이 모여있는 나노 스케일 구조에서는 재료의 열저항 대비 계면열저항의 크기를 무시할 수 없다는 연구가 많이 발표되었습니다. 박막들이 모여있는 구조에서 계면열저항 크기를 밝히는 것은 매우 중요합니다.




본 연구의 가장 큰 의의는 GST는 물론 산업 및 연구적으로 중요한 미지물질의 박막 열전도도를 계측하는 기법을 개발한 것입니다. 세계적으로 박막의 열전도도 계측방법은 3ω method, TDTR 등이 존재하지만 기존 방법들은 엄밀하게 미지박막의 열전도도를 계측하지 못하는 단점을 갖고 있습니다. 3ω method 방법을 수정하여 완성한 본 연구실의 박막 열전도도 계측기법은 GST 박막과 같이 중요하지만 아직 명확한 열전도도가 알려지지 않는 물질에 대해 엄밀하게 계측할 수 있는 기법입니다.