의료기기나 웨어러블 디바이스, 스마트폰 등의 손안의 기기가 늘어나면서 그 안에 들어가는 작고 성능 좋은 차세대 메모리 개발에 전 세계 많은 과학자가 나서고 있다. 전원이 꺼져도 정보가 그대로인 차세대 비휘발성 메모리는 F램, Re램 등이 있는데 POSTECH(포항공대, 총장 김도연) 연구팀이 Re램의 일종인 CB램(CBRAM)의 전기를 마련할 기술을 개발했다.
POSTECH 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, 박사후연구원 닐루파 래이즈 호쎄니(Niloufar Raeis Hosseini) 씨, 황현상 교수팀은 질소를 도핑한 GST*1를 이용해 저항률이 100배 증가해 성능이 크게 향상된 CB램 소자를 개발했다. 이 연구는 재료 분야 국제 학술지인 어드밴스 전자 재료(Advanced Electronics Materials)지 표지논문으로 선정됐다.
차세대 메모리 개발에선 저항성이 매우 중요하다. 저항 메모리를 많이 사용하기 때문인데 저항성이 높아지면 처리할 수 있는 정보의 양이 많아지고 성능이 좋아진다. 다양한 메모리 중 CB램의 경우 플래시 램에 비해 100배 적은 전력을 소비하면서 읽기와 쓰기 작업이 가능하고 장치의 신뢰도 및 논리 회로 뒷면의 결합이 쉽다는 장점이 있다. 하지만 저항성을 높이기 위해선 결정화 온도를 높여야 하는 문제점이 있었다.
연구팀은 CB램의 구조 속에서 절연체를 활용해 저항성을 높일 방법을 찾았다. CB램은 금속-절연체-금속의 구조를 가지는데 지금까진 GST를 절연체로 사용해왔다. 연구팀은 얇은 GST 필름에 질소를 도핑하는 방법을 도입했다. 질소를 도핑하게 되면 결정질의 입자 성장을 조절할 수 있게 돼 저항성을 증가시킬 수 있게 된다. 실험 결과 동작 전압, 온·오프비율이 높은 전류 가운데 안정적인 값으로 나왔고, 또 고온인 85도에서도 일정한 성능을 보임을 검증했다.
특히 기존의 소자 공정에 질소 도핑을 추가하는 것만으로 손쉽게 적용할 수 있어서 기존의 소자의 성능을 크게 향상시키며 기존 소자를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
연구를 주도한 노준석 교수는 "기존 GST 필름에 질소를 도핑하는 간단한 방법을 통해 CB램 소자를 개발했다"라며 "스마트폰, 의료기기 등 작고 성능 좋은 메모리가 필요한 분야에 바로 적용 가능하며 기존 소자를 대체할 연구가 될 것"이라며 기대감을 밝혔다.
한편 이번 연구는 전략과제, X-프로젝트, 선도연구센터 (ERC) 광기계기술센터, 글로벌프론티어사업 파동에너지극한제어연구단, KRF 펠로우십 등의 지원으로 수행되었다.
