ETRI, 캐퍼시터없는 ‘차세대 DRAM’ 구조 구현 성공

- 데이터 1000초 유지, 메모리 윈도우 13배 향상

ETRI 연구진이 산화물 반도체를 증착하고 있다.[ETRI 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 복잡한 구조를 가진 기존 메모리의 한계를 극복, 별도의 캐패시터(Capacitor) 없이도 데이터를 안정적으로 저장할 수 있는 혁신적인 차세대 메모리(DRAM) 구조를 구현했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 디스플레이 산업에서 활용되는 산화물 반도체 트랜지스터(TFT)를 적용해 캐패시터 없이 데이터를 저장하는 ‘2T0C(2-Transistor-0-Capacitor)’ DRAM 구조를 개발했다고 밝혔다.

이 기술은 ‘캐패시터리스 DRAM’이라 불리는 차세대 메모리 방식으로, AI와 데이터 중심 컴퓨팅 시대가 본격화되면서 더욱 중요해지고 있는 메모리 기술의 새로운 방향을 제시한 것으로 평가된다.

현재 상용되는 대부분의 DRAM은 1T1C 구조로, 트랜지스터 1개와 캐패시터 1개가 함께 작동해 데이터를 저장한다.

이때 캐패시터는 전기를 저장하는 작은 저장 공간 역할을 한다.

하지만 반도체가 점점 작아질수록 이 캐패시터를 만드는 것이 점점 어려워지고, 제조 과정이 복잡해지며 전력 소모도 커지는 문제가 있다.

때문에 캐패시터를 없앤 새로운 메모리 구조가 필요했지만, 기존 연구에서는 데이터를 오래 유지하기 어렵거나 안정성이 떨어지는 문제가 있었다.

연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 ‘산화물 반도체’에 주목했다. 산화물 반도체는 전기가 새어 나가는 양인 누설 전류가 적고, 전하를 안정적으로 유지할 수 있어 메모리 소자에 적합한 특징을 가진다.

ETRI 연구진이 2T0C 구조의 트랜지스터 특성을 측정하고 있다.[ETRI 제공]

ETRI는 알루미늄이 첨가된 인듐-주석-아연 산화물(ITZO) 소재를 사용해 트랜지스터를 만들고, 아산화질소(N2O) 플라즈마 공정을 통해 내부 결함을 정밀하게 조절했다.

이를 통해 소자 내부 결함을 줄이고 누설 전류를 효과적으로 억제하는 데 성공했다.

연구진의 실험결과 1000초 이상 데이터를 유지할 수 있었으며, 데이터를 ‘0’과 ‘1’로 명확하게 구분할 수 있는 범위인 메모리 윈도우도 약 13배 향상됐다.

이는 데이터를 더 오래, 더 정확하게 저장할 수 있다는 의미로, 2T0C DRAM에서 핵심 성능으로 꼽히는 두 지표를 동시에 개선하여 실제 메모리 응용 가능성을 높인 핵심 성과로 평가된다.

남수지 ETRI 플렉시블전자소자연구실 박사는 “디스플레이 분야에서 발전해 온 산화물 반도체 기술이 차세대 메모리 소자에도 적용될 수 있음을 확인했다”면서 “앞으로 3차원 반도체 집적 기술과 저전력 컴퓨팅 시스템 구현에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드벤스드 사이언스(Advanced Science)’ 3월 3일 게재됐다.