국내 연구팀이 기존 플래시 메모리보다 4배 이상 낮은 전압에서 작동하면서도 성능은 훨씬 우수한 강유전체 메모리를 구현했다. 자율주행자동차, 인공지능(AI) 등에 필수적인 초저전력·초고속 고집적 유니버설 메모리와 인메모리 컴퓨팅에 적용할 수 있을 전망이다.

포스텍(총장 김무환)은 이장식 신소재공학과 교수, 통합과정 김민규씨, 김익재씨 연구팀이 하프니아 기반 강유전체와 산화물 반도체를 이용해 강유전체 메모리를 구현하는 방법을 제시했다고 14일 밝혔다.

연구팀은 하프니아 기반 강유전체와 산화물 반도체를 활용해 한계를 극복했다. 새로운 소재와 구조를 통해 낮은 작동 전압과 빠른 동작 속도를 확보하고, 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 빠른 동작 속도, 1억 번 반복적인 동작에도 안정적인 특성을 보이는 것을 확인했다. 특히 강유전체 물질과 산화물 반도체를 원자층 증착 방식으로 적층해 3차원 소자 제작에 적합한 공정 기술을 확보했다. 또 기존 플래시 메모리 소자 제작보다 훨씬 간단한 공정으로 400°C 이하에서 고성능 소자 제작이 가능함을 제시했다. 관련 내용으로 국내 특허 출원이 완료됐고 해외 특허 출원을 준비하고 있다.

이장식 교수는 “기존 3차원 낸드 플래시 메모리의 한계를 돌파할 수 있는 차세대 고집적·고성능 메모리를 구현하기 위한 기반 기술을 확보하고, 그 가능성을 직접 확인했다는 데 의미가 있다”며 “향후 고성능, 고집적 메모리 소자뿐만 아니라 향후 자율주행차, AI 등에 필수적인 초저전력·초고속 고집적 유니버설 메모리와 인메모리 컴퓨팅에 적용할 수 있다”고 덧붙였다.

삼성미래육성사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 최근 국제학술지 '사이언스 어드밴스(Science Advances)'에 게재됐다.