동적 전계 구동 핵생 성장 모델을 통한 재료 회로 공동 설계

초록

본 논문은 시간에 따라 변하는 전압 파형에서도 적용 가능한 동적 전계 구동 핵생·성장(DFNG) 모델을 제시한다. 기존의 KAI·NLS 모델이 정전압 가정에 머물러 실험과 괴리되는 문제를 해결하고, Hf₀.₅Zr₀.₅O₂와 BaTiO₃ 얇은 막에 대한 전이 데이터를 3개~5개 파라미터만으로 정량적으로 피팅한다. 모델은 전압 이력에 의존하는 핵생률과 Merz 법칙 기반의 비선형 도메인벽 속도를 통합해, 도메인 성장 차원, 핵생 밀도, 활성 전계 등을 추출한다. 이를 회로 수준 시뮬레이션에 연계함으로써 메모리 윈도우, 교란 오류, 스위칭 속도, 에너지 소모 등 시스템 지표를 재료 파라미터와 직접 연결하는 공동 설계 프레임워크를 제공한다.

상세 분석

DFNG 모델은 Cahn의 시간‑콘(cone) 개념을 출발점으로, 전압 파형 V(t) 에 따라 변하는 핵생률 J(t)와 도메인벽 속도 v(t)를 명시적으로 포함한다. 핵생은 즉시(instantaneous) 혹은 시간‑의존적인 일정한 속도(steady‑state) 두 가지 형태로 기술되며, 전압에 대한 Merz 법칙 v(t)=v₀·exp