‘음의 정전용량’ 플래시 메모리 나왔다

KIAST 전상훈 교수 연구팀 개발
세계 첫 성과...저전력 고성능 구현

카이스트(KAIST)는 전기및전자공학부 전상훈(사진) 교수 연구팀이 기존 플래시 메모리의 물리적 성능 한계를 뛰어넘는 음의 정전용량 플래시 메모리를 세계 최초로 개발했다고 18일 밝혔다.

음의 정전용량 효과란 인가되는 전압이 증가하면 전하량이 감소함을 의미한다. 음의 정전용량 특성을 가지는 유전체 사용시, 트랜지스터에 인가되는 전압을 내부적으로 증폭시켜 상대적으로 낮은 동작전압을 사용할 수 있어 전력 소모를 줄일 수 있다.

전자 소자에서 축전기는 매우 중요한 구성 요소다. 전자 소자가 소형화되고 수직 방향으로 적층 되면서 축전기에 저장되는 전하량이 감소하는 문제가 생기므로 높은 정전용량을 가진 유전체 물질이 필수적이다. 여기에 일반적인 축전기와 다르게 정전용량이 음의 값을 갖는 축전기를 활용한다면 다층의 축전기의 전체 정전용량을 오히려 더 증가시킬 수 있고, 차세대 소자에 적합한 높은 정전용량 소자 개발 난제를 해결할 수 있을 것이라는 가설이 제안됐다.

전상훈 교수 연구팀은 기존 플래시 메모리의 물리적 성능 한계를 극복하고 동작전압을 낮추기 위해, 반도체 공정에 사용되는 하프늄옥사이드(HfO2) 강유전체 박막의 음의 정전용량 효과를 안정화해 저전압 구동이 가능한 강유전체 소재의 NC-플래시 메모리를 세계 최초로 개발했다. 개발된 NC-플래시 메모리는 기존 플래시 메모리 대비 전력 소모가 10000배 이상 낮은 저전력 고성능 특성을 구현했다.

연구팀은 기존 컴퓨팅 구조인 폰노이만 아키텍처를 대체하여 새롭게 지향하는 인메모리 컴퓨팅을 NC-플래시 메모리를 기반으로 구현해 세계 최고 수준의 에너지 효율도 달성했다.

전상훈 교수는 “이번 연구 결과는 빠른 스토리지를 필요로 하는 최신 컴퓨팅과 네트워킹의 요구를 충족하는 차세대 낸드 플래시 메모리 개발에 있어 핵심 역할을 할 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’ 2022년 12월호에 출판됐다. 구본혁 기자

nbgkoo@heraldcorp.com