KAIST 조병진 교수, 플래시메모리 고집적화 난제 풀었다

그래핀 이용 20나노미터 한계 극복… 차세대 기술 상용화 앞당겨
도체 대신 부도체에 전하를 저장하는 차세대 플래시메모리 기술의 상용화를 성큼 앞당길 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

KAIST 조병진 교수(전기및전자공학과)는 부도체에 전하를 저장하는 '전하포획플래시(CTF)' 메모리의 전극을 기존 금속물질에서 그래핀으로 대체하면 데이터 보존시간을 1만배 향상시킬 수 있다는 사실을 확인했다고 21일 밝혔다.

기존 메모리 반도체는 집적도를 높이면 높일수록 메모리 셀간 간섭효과가 심해져 고집적화에 한계가 있었다. 특히 반도체 회로선폭을 20나노미터 이하로 좁히는 것은 사실상 힘들 것으로 전망돼 왔다.

이에 대한 대안으로 부도체에 전하를 저장하는 CTF 기술이 최근 활발하게 연구되고 있다. 그러나 이 기술은 두꺼운 금속전극(질화탄탈륨)이 아래의 부도체층에 기계적 부담을 줘 내구성이 떨어지다 보니 데이터 보존시간이 짧다는 문제점이 있었다. 기존 플래시메모리는 섭씨 150도에서 10년 이상 데이터를 보존할 수 있는 데 비해 연구중인 CTF 기술은 8시간 정도가 고작이었다.

연구팀은 두껍고 무거운 금속전극을 없애고 대신 탄소 원자 1개 층으로 된 그래핀을 사용해 CTF를 구현했다. 그래핀막 아래에 부도체인 산화알루미늄(알루미나), 질화실리콘, 산화규소층이 있고, 그 아래에 실리콘이 있는 구조다. 그래핀에 전기가 가해지면 실리콘에서 전자가 튀어나와 부도체인 질화실리콘에 저장되는 방식으로 정보가 저장된다.

이렇게 만든 메모리를 구동한 결과 데이터 보존시간이 기존 8시간에서 약 8만시간, 즉 10년으로 1만배 개선됨을 확인했다. 또 메모리에 데이터를 쓰고 지우는 데 가하는 전압 차이가 기존 10볼트에서 17볼트로 커져 메모리 신뢰성을 높일 수 있음을 확인했다.

조병진 교수는 "이러한 변화는 그래핀이 얇으면서도 유연성이 뛰어나 메모리 자체에 기계적 스트레스를 주지 않기 때문"이라며 "20나노미터 이하 플래시메모리 소자 상용화를 위한 가장 큰 기술적 장벽을 극복할 수 있는 길을 제시했다는 데 의미가 있다"고 밝혔다.

안경애기자 naturean@

◇ 사진설명 : 플래시메모리 고집적화의 기술 장벽을 뛰어넘을 수 있는 연구결과를 내놓은 조병진 교수(아래)와 신우철, 박종경, 송승민 학생(위 왼쪽부터).