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▲ DGIST 연구팀이 개발한 기술을 적용한 저항 변화 메모리는 낮은 온도에서도 자외선 반응을 통해 균일한 패턴을 형성한다 ⓒ DGIST 제공
극한의 환경에서도 작동하는 차세대 반도체 메모리인 '저항 변화 메모리'가 개발됐다. 이 메모리는 우수한 내구성을 갖추고, 저온 또는 고온의 환경에서도 뛰어난 데이터 저장능력을 보여 차세대 컴퓨팅 시스템에 활용될 것으로 기대된다.
DGIST(대구경북과학기술원, 총장 이건우)는 25일 "전기전자컴퓨터공학과 권혁준 교수팀(제1저자 장봉호 박사과정생)이 저온에서도 고품질의 산화막 제작과 효과적인 패터닝이 동시에 가능한 신규 제조 기술을 개발하고, 이를 이용한 '비휘발성 저항 변화 메모리'를 구현했다"고 밝혔다.
DGIST에 따르면, 최근 인공지능‧빅데이터‧IoT(사물인터넷) 장치와 같은 데이터 집약적 컴퓨팅 시스템의 발전에 따라 우수한 내구성, 빠른 동작 속도, 낮은 전력 소모를 필요로 하는 새로운 차세대 비휘발성 메모리의 수요가 급증하고 있다고 한다. 메모리의 종류 중 하나인 '저항 변화 메모리'는 전류를 통해 메모리의 정보를 바꾸는 방식을 사용한다는 것.
하지만, 저항 변화 메모리를 개발하는 방법으로 주목받고 있는 '액상 공정 기술'의 경우 큰 면적에 저렴하게 제작할 수 있다는 장점이 있지만, 높은 온도에서만 작동할 뿐더러 균일한 패턴을 형성하기 어렵다는 단점이 있다.
이에 권혁준 교수팀은 이런 기존 제작 기술의 단점을 극복하기 위해 액상 공정에, 발열 반응을 이용해 연소 과정에서 발생하는 열을 이용해 물질을 합성하는 '연소 합성 기술'을 결합했다.
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▲ 연소 공정을 이용한 ZrO2 막 광패터닝 프로세스 개념도와 제조된 ZrO2 저항 변화 메모리의 전기적 특성 UV를 이용하여 연소 합성으로 제조된 ZrO2 막을 패터닝 하는 과정을 보여줌, 제작된 메모리는 반복되는 스위칭 동작에도 메모리 특성 변화를 보이지 않으며 우수한 내구성과 고온의 환경에서도 뛰어난 데이터 저장 능력을 보여줌. ⓒ DGIST 제공
연구팀은 "연소 합성 기술을 이용한다면 외부에서 고온을 제공할 필요가 없어 액상 공정의 단점을 보완하는 데 유용하다"면서 "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"고 설명했다.
나아가 연구팀은 이 기술로 '저항 변화 메모리'를 제작했다. 만들어진 저항 변화 메모리는 1000회 이상 반복해 정보를 바꾸어도 메모리 동작의 문제가 없을 만큼 좋은 내구성을 가졌고, 고온의 환경에서도 10만 초 이상 데이터가 보존되는 결과를 보였다.
DGIST는 권 교수 연구팀이 이전에도 이와 같은 연소 합성 기술을 이용해 저온에서 SnO2 박막트랜지스터를 제작한 바 있으며, 이번 연구를 통해 기존 액상 공정 기술의 한계를 극복하고 기존에 개발하지 않았던 종류인 저항 변화 메모리를 개발해 더욱 다양한 응용이 가능하도록 기술의 활용 범위를 넓혔다고 평가했다.
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▲ 연소 공정을 이용한 SnO2 막의 Cl 도핑 효과 개념도와 제조된 SnO2 박막 트랜지스터의 전기적 특성 저온에서 고품질의 SnO2 막과 함께 Cl 도핑 효과를 얻는 연소 합성 기술을 보여줌. 제작된 SnO2 박막트랜지스터는 기존의 장치대비 향상된 전기적 특성을 보였으며 금속-반도체 계면에서 감소된 쇼트키 장벽을 확인함. ⓒ DGIST 제공
권혁준 전기전자컴퓨터공학과 교수는 "이는 기존 액상 공정 기술의 문제점을 크게 개선한 결과"라며 "집약적 차세대 컴퓨팅 시스템과 액상 공정 기반의 전자소자를 대량 생산하는 데에도 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 개인기초연구사업, 차세대지능형반도체기술개발사업 및 나노소재기술개발사업, 그리고 DGIST P-CoE 사업의 지원을 받아 장봉호 박사과정생이 제1저자로, 권혁준 교수가 교신저자로 참여해 수행됐다. 연구 성과는 세계적 학술지인 <Journal of Materials Science & Technology>(IF: 10.9, 분야별 상위 1.9%)에 지난 17일 온라인 게재됐다.
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▲ DGIST 권혁준 교수(사진 왼쪽), 장봉호 박사과정생 ⓒ DGIST 제공
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