[한국기술뉴스] POSTECH 신소재공학과 이장식 교수 연구팀이 하프니아 기반 강유전체와 산화물 반도체를 이용해 강유전체 메모리를 구현하는 방법을 제시했다. 기존 플래시 메모리보다 4배 이상 낮은 전압에서 작동하며 성능도 우수하다.

4차 산업혁명 시대를 맞아 고성능 메모리의 중요성이 커지고 있다. 가장 많이 사용되는 낸드 플래시는 전하 트랩 현상을 이용해 정보를 저장한다. 그 때문에 높은 전압에 동작하고 속도가 느리다는 문제가 있다.

지금까지 차세대 강유전체 메모리는 강유전 물질의 분극 현상을 활용해 정보를 저장했다. 플래시 메모리에 비해 낮은 작동 전압에서 빠르게 동작 가능하다는 점에서 주목받아 왔다. 하지만 높은 열처리 온도, 불안정한 동작 특성, 기존 반도체 공정과의 호환성 문제 등이 상용화하는데 발목을 잡았다.

연구팀은 하프니아 기반 강유전체와 산화물 반도체를 활용해 한계를 돌파했다. 새로운 소재와 구조로 낮은 작동 전압과 빠른 동작 속도를 확보했다. 산화물 반도체를 채널 물질로 사용해 공정온도를 낮추고 계면층 형성을 억제해 높은 동작 안정성을 구현했다. 그 결과 기존 플래시 메모리보다 4배 이상 낮은 전압에서 작동하면서 수백 배 이상 빨랐다. 1억 번의 반복적인 동작에도 안정적이었다. 특히, 강유전체 물질과 산화물 반도체를 원자층 증착 방식으로 적층해 3차원 소자 제작에 적합한 공정 기술을 확보했다. 또한, 기존 플래시 메모리 소자 제작보다 훨씬 간단한 공정으로 400°C 이하에서 고성능 소자 제작이 가능함을 제시했다. 관련 내용은 국내 특허 출원이 완료했다. 해외 특허 출원을 준비하고 있다.

연구를 주도한 이장식 교수는 “이번 연구 결과는 기존 3차원 낸드 플래시 메모리의 한계를 돌파할 수 있는 차세대 고집적·고성능 메모리를 구현하기 위한 기반 기술을 확보하고, 그 가능성을 직접 확인했다는 데 큰 의미가 있다”라며 “이러한 기술은 고성능, 고집적 메모리 소자뿐만 아니라 향후 자율 주행 자동차, 인공지능 등에 필수적인 초저전력·초고속 고집적 유니버설 메모리와 인메모리 컴퓨팅에 적용할 수 있다”고 덧붙였다.

연구성과는 국제학술지 ‘사이언스 어드밴스’ 1월 14일 자에 게재됐다.