KAIST, 기존 한계 뛰어넘은 플래시메모리 개발

국내 연구진이 음의 정전용량 효과(Negative Capacitance Effect, 이하 NC효과)로 기존 플래시 메모리보다 전력 소비가 1만분의 1에 불과한 플래시 메모리를 세계 최초로 개발했다. 더 높은 층을 적층하는 기술을 요구하는 3D 낸드 플래시가 트랜드로 자리 잡은 가운데 NC 플래시 메모리 기술은 낮은 동작전압 사용으로 전력 소모를 줄일 수 있어 메모리를 더욱 효율적으로 활용할 수 있다. 18일 대전 유성구 한국과학기술원(KAIST)에서 연구원이 NC낸드플래시 메모리 소자의 전기적 분석을 하고 있다. 대전=이동근기자 foto@etnews.com

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 전상훈 전기 및 전자공학부 교수팀이 '음의 정전용량 효과(NC 효과)'를 활용해 기존 물리 성능한계를 뛰어넘는 '음의 정전용량(NC) 플래시메모리'를 세계 최초로 개발했다고 18일 밝혔다.

현재 전자 소자가 소형화되고 수직 적층이 보편화하면서 축전기(커패시터)에 저장되는 전하량이 감소하는 문제가 생긴다. 높은 정전용량을 가진 유전체 물질이 요구된다. 여기에 정전용량이 음의 값을 갖는 축전기를 활용하면 전체 정전용량을 오히려 더 증가시킬 수 있다는 가설이 제안된 상태다.

NC 효과는 인가하는 전압이 증가하면 전하량이 감소함을 뜻한다. NC 특성을 지닌 유전체를 사용 시 트랜지스터에 인가되는 전압을 증폭해 상대적으로 낮은 동작전압을 사용할 수 있다. 전력소모를 줄여 전자소자 물리 성능한계를 극복할 수 있다.

연구팀은 하프늄옥사이드(HfO2) 강유전체 박막의 NC 효과를 안정화해 저전압 구동이 가능한 NC 플래시메모리를 세계 최초로 개발했다. 기존 플래시메모리 대비 전력소모가 1만분의 1 이하로 낮다.

음의 정전용량 플래시 메모리가 보이는 내부 전압 증폭 현상

연구팀은 인 메모리 컴퓨팅(데이터를 스토리지가 아닌 메모리에 옮겨 활용하는 컴퓨팅)을 NC 플래시메모리를 기반으로 구현, 세계 최고 수준의 에너지 효율도 달성했다.

연구진은 이번 연구 결과가 차세대 낸드 플래시메모리 개발에 핵심 역할을 할 것으로 내다보고 있다.

이번 연구는 연세대와 협업해 이뤄졌고, 한국 연구재단 지능형 반도체 기술개발사업 지원을 받아 진행됐다. 김태호, 김기욱 KAIST 전기 및 전자공학부 박사과정이 공동 제1 저자로 참여했다. 연구는 저명 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈' 2022년 12월호에 실렸다.

김영준기자 kyj85@etnews.com