ICT/융합

푸단대학, 세 번째 유형의 메모리 기술 개발

발행일 : 2018 / 04 / 16

최근 푸단(複旦)대학 마이크로전자학원 장웨이(張衛)/저우펑(周鵬) 교수팀은 2차원 반도체 준 비휘발성 저장장치 프로토타입을 개발해 세 번째 유형의 메모리 기술을 개발하였다. 이로써 국제 반도체 전하 메모리 기술에 존재하는 “쓰기 속도”와 “비휘발성”을 동시에 갖추기 힘든 문제를 해결하였다. 해당 연구 성과는 2018년 4월 10일 “Nature Nanotechnology”에 장편으로 게재될 예정이다.

현존 반도체 전하 메모리 기술은 2개 유형을 포함하는데 하나는 컴퓨터 램(RAM)과 같이 전원이 꺼지는 즉시 데이터가 사라지는 휘발성 메모리 기술이고 다른 하나는 USB와 같은 비휘발성 메모리로 데이터 기입 후 별도의 에너지가 필요 없이 10년간 저장할 수 있다. 휘발성 메모리 기술은 몇 초 만에 데이터를 기입할 수 있고 비휘발성 전하 메모리 기술은 몇 마이크로초에서 수십 마이크로초 사이에 데이터를 저장할 수 있다.

연구팀이 개발한 신형 전하 메모리 기술은 10 나노초의 데이터 기입 속도를 만족시킬 뿐만 아니라 수요에 따른 맞춤형(10초-10년) 제어 가능한 데이터 준 비휘발성 특성을 구현하였다. 상기 참신한 특성은 고속 RAM의 저장 에너지소비를 대폭 낮출 수 있을 뿐만 아니라 유효기간 만료 후 데이터 자연소실을 구현할 수 있어 특수 응용 장면에서 보안성과 전송 간의 모순을 해결하였다.

해당 연구는 다중 2차원 재료 적층 방식을 혁신적으로 도입하여 세미 부동 게이트(semi-floating gate) 구조 트랜지스터를 획득하였다. 연구팀은 이황화몰리브덴, 텅스텐 디셀레나이드(Tungsten diselenide), 이황화하프늄을 스위치 전하 수송 및 저장에 각각 사용하고 질화붕소를 터널링층으로 삼아 계단 에너지밸리 구조의 반데르발스 이종접합 구조체(Van der Waals heterojunction)를 얻었다. 연구팀이 선택한 상기 2차원 재료는 2차원 재료로서의 풍부한 에너지 밴드 특성을 충분히 구현할 수 있다. 해당 구조체의 부분적 영역은 마치 손쉽게 여닫을 수 있는 문처럼 전자 진입은 쉽지만 탈출은 어렵다. 또 다른 부분적 영역은 바람이 통하지 않는 벽처럼 전자 출입이 어렵다. 다시 말해 이 두 영역의 비율 조절을 통해 “쓰기 속도”와 “비휘발성”을 제어할 수 있다.

해당 기술의 쓰기 속도는 기존 USB보다 10,000배 빠르고 데이터 갱신 시간은 RAM 기술의 156배에 달한다. 또한 탁월한 제어성능을 보유하고 있기에 데이터 유효 시간적 수요에 따라 저장장치 구조를 설계할 수 있다. 테스트 결과 연구팀이 개발한 완전 2차원 재료 기반의 신형 이종접합 구조체는 새로운 세 번째 유형의 메모리 특성을 구현하였다. 아울러 2차원 반도체로 새로운 구조적 저장을 구현한 후에 보다 많은 “기이한 새특성”을 보유할 수 있음을 발견하였다.

2차원 반도체 기반의 준 비휘발성 저장장치는 대규모 합성 기술을 기반으로 고밀도 집적을 달성할 수 있으므로 매우 낮은 에너지소비의 고속 저장, 데이터 유효기 자유적 이용 등 영역에서 중요한 역할을 발휘할 전망이다.

기술 정의, 구조 모델에서 성능 분석에 이르기까지의 전 과정에서 거둔 과학성과 모두 푸단대학 연구팀이 독립적으로 완성하였다. “동 연구는 매우 강한 시효성이 있고 또한 반데르발스 이종 구조 장치 발전에서 기념비적 성과” 그리고 “연구팀이 개발한 장치는 매우 복잡한바 장치 설계는 반데르발스 이종 구조 전자 응용 분야의 기술 수준 한계를 끌어올렸다”라는 국제 심사전문가의 평가를 받았다.