차세대 반도체 메모리 소자인 F램 PZT 박막 소자의 치명적 결함인 전기적 피로 현상을 완전히 해결한 획기적 성능의 메모리 소자가 국내 연구진에 의해 처음으로 개발, 업계의 관심을 모으고 있다.
포항공대 신소재공학과 교수 장현명 연구팀은 최근 백금 전극상에서 솔-젤 및 펄스레이저 증착법(PLD) 등으로 만든 PZT 계열의 커패 시터를 이용, 약 650억회의 반복적인 쓰기-읽기 동작에도 정보가 손실되지 않는 탁월한 성능을 가진 비휘발성 강유전 메모리 소자인 F램을 개발하는데 성공했다.
F램은 빠른 교류 전기장에 의해 원자들 사이에 유도되는 전기 쌍극자의 방향성을 이용하는 메모리 소자로 전기 쌍극자 벡터가 양의 방향일 때 '1'로, 음의 방향 일 때 '0'으로 각각 대응시켜 2진법에 의해 정보를 기록-재생하는 차세대 메모리 방식이다.
PZT 커패시터는 한번 저장된 정보가 지워지지 않는 비휘발성인데다 저전압 작동성, 고속 정보처리 속도(1천만분의 1초), 무제한 정보기록 횟수 등의 장점을 지니고 있다.
또 이는 기존의 D램 소자나 플래시 메모리를 대체할 차세대 메모리 소자인 F램의 주된 후보로 삼성전자·도시바·히다치 등 세계 유수의 반도체 메이커들이 치열한 개발경쟁을 벌여왔다.
장교수팀은 수백만번 이상의 쓰기-읽기 동작 이후에는 저장된 정보가 급속히 손실되는 '전기적 피로현상' 문제로 개발에 어려움을 겪어왔지만 이 메모리 개발에 결국 성공했다.
과학기술부의 국가지정연구실 사업의 지원으로 진행된 이번 연구로 개발에 성공한 극미세 PZT 커패시터는 실리콘 반도체-백금 전극과 강유전 PZT 박막 사이에 약 40나노미터(1나노미터=1백만분의 1mm) 두께의 씨앗층을 도입, 이러한 전기적 피로현상을 완전히 해결했을 뿐만 아니라 한번 쓰여진 정보가 시간의 경과에도 불구하고 손실없이 유지되는 특성인 전하 보유능력도 기존의 PZT 커패시터에 비해 탁월한 것으로 평가되고 있다.
장 교수팀은 현재까지 4종류 이상의 PZT계 신물질 박막을 개발했으며 이들은 F램 메모리 소자로 모두 탁월한 성능을 지닌 것으로 확인됐다고 밝혔다.
특히 포항공대 연구팀의 이같은 연구성과는 현재 D램 반도체 메모리 분야에서 경쟁력을 확보하고 있는 우리나라가 향후 F램 시대에도 반도체 메모리 분야에서 세계 수준의 경쟁력을 확보할 수 있는 원동력이 될 것으로 기대된다.
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