DGIST 연구팀, 극한의 환경에도 작동하는 차세대 반도체 메모리 개발

권혁준 DGIST 교수, 장봉호 박사과정생.DGIST 제공

DGIST(총장 이건우) 는 전기전자컴퓨터공학과 권혁준 교수팀(제1저자 장봉호 박사과정생)이  저온에서도 고품질의 산화막 제작과 효과적인 패터닝이 동시에 가능한 신규 제조 기술을 개발하고 이를 이용한 비휘발성 저항 변화 메모리를 구현했다고 25일 발표했다.

기존 제작 기술의 단점을 극복하고, 우수한 내구성을 갖춘 메모리를 개발함으로써 차세대 컴퓨팅 시스템에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

최근 인공지능·빅데이터·IoT 장치와 같은 데이터 집약적 컴퓨팅 시스템의 발전에 따라 우수한 내구성, 빠른 동작 속도, 낮은 전력 소모를 필요로 하는 새로운 차세대 비휘발성 메모리의 수요가 급증하고 있다. 메모리의 종류 중 하나인 ‘저항 변화 메모리’는 전류를 통해 메모리의 정보를 바꾸는 방식을 사용한다.

저항 변화 메모리를 개발하는 방법으로 주목받고 있는 ‘액상 공정 기술’은 큰 면적에 저렴하게 제작할 수 있다는 장점이 있지만, 높은 온도에서만 작동할뿐더러 균일한 패턴을 형성하기 어렵다는 단점이 있다.

권혁준 교수팀은 이러한 단점을 극복하기 위해 액상 공정에 ‘연소 합성 기술’을 결합했다. 연소 합성 기술은 발열 반응을 이용해 연소 과정에서 발생하는 열을 이용해 물질을 합성한다. 이 때문에, 연소 합성 기술을 이용한다면 외부에서 고온을 제공할 필요가 없어 액상 공정의 단점을 보완하는 데 유용하다.

권 교수팀은 액상 공정의 전구체에 연소 합성 기술의 원리를 적용하여, 더 낮은 온도에서도 자외선과의 광화학적 반응을 통해 고품질의 산화 지크로늄(ZrO2)막과 빛으로 모양을 만드는 광패터닝 효과를 동시에 얻을 수 있었다.

연구팀은 나아가 해당 기술로 저항 변화 메모리를 제작했다. 제조된 저항 변화 메모리는 1,000회 이상 반복하여 정보를 바꾸어도 메모리 동작의 문제가 없을 만큼 좋은 내구성을 가지고 있다. 또한, 고온의 환경에서도 100,000초 이상 데이터가 보존되는 결과를 보였다.

권 교수 연구팀은 이전에도 이와 같은 연소 합성 기술을 이용하여 저온에서 SnO2 박막트랜지스터를 제작한 바 있다. 그리고 이번 연구를 통해 기존 액상 공정 기술의 한계를 극복하고 기존에 개발하지 않았던 종류인 저항 변화 메모리를 개발하여 더욱 다양한 응용이 가능하도록 기술의 활용 범위를 넓혔다.

권혁준 전기전자컴퓨터공학과 교수는 “이는 기존 액상 공정 기술의 문제점을 크게 개선한 결과이다”며 “집약적 차세대 컴퓨팅 시스템과 액상 공정 기반의 전자소자를 대량 생산하는 데에도 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
오경묵 기자