한국과학기술연구원(KIST) 연구진과 임성일 연세대 교수팀이 함께 개발한 2차원 흑린 원자막 소재 기반의 전하주입형 메모리 소자의 모습. KIST 제공
국내 연구진이 실리콘을 대체할 차세대 반도체 소재로 꼽히는 '흑린 원자막'을 이용한 반도체 개발에 성공했다.
한국과학기술연구원(KIST) 차세대반도체연구소 이영택·황도경 박사와 미래융합기술연구본부 최원국 박사팀은 임성일 연세대 교수(물리학과)팀과 함께 신소재인 흑린 원자막을 이용해 메모리 소자를 개발했다고 14일 밝혔다.
흑린 원자막은 검은색 인을 원자 한 층 두께로 떼어 낸 얇은 평면 소재로, 두께가 머리카락의 1만 분의 1 수준인 5∼6㎚(나노미터·10억 분의 1m)에 불과하다. 흑린은 상온에서 다른 원자막 소재와 비교해 10배 이상의 빠른 전하 이동도를 보일 뿐만 아니라, 단일 원소로 구성돼 대면적 공정이 가능해 차세대 반도체 소재로 주목받고 있다.
연구팀은 흑린 원자막을 이용한 전하주입형 메모리 소자 개발을 위해 전하주입층과 전하구속층 모두 흑린 소재를 사용해 전자와 홀의 전하 주입이 가능하도록 만든 '양극성 메모리 소자'라는 새로운 개념의 메모리 소자를 개발했다. 이 소자는 전자를 한 층(전자주입층)에 주입한 뒤 다른 층(전자구속층)으로 보내는 방식으로 작동한다. 전자가 전자구속층으로 들어갔다 나갔다 하는 특성을 '0' '1' 같은 디지털 신호로 만들어 저장하는데, 이는 우리 생활에 많이 사용되는 저장매체인 USB와 같은 방식이다.
이영택 박사는 "이 연구는 차세대 메모리 반도체 응용소자로 흑린 원자막의 실제 응용 가능성에 대한 의구심을 해소한 중요한 결과"라며 "하나의 메모리 셀에서 다양한 기억패턴을 저장할 수 있는 멀티비트 개념의 초거대 대용량 메모리 소자 구현 가능성을 확인할 수 있었다"고 말했다.
