POSTECH 연구팀, 차세대 메모리 반도체 위한 소재 설계 성공

↑ 제일원리 계산 기반 할로겐화물 페로브스카이트 물질 선정 및 이를 적용한 메모리 소자. [사진 제공 = POSTECH]

안정적이고 저전력으로 작동하는 차세대 메모리를 위한 소재가 개발됐다.
포항공과대학교(POSTECH)는 차세대 메모리인 저항변화메모리에 적용될 수 있는 최적의 물질을 설계하는데 성공했다고 29일 밝혔다. 저항변화메모리는 전원이 꺼져도 정보가 유지되는 비휘발성 메모리로, 현재 차세대 메모리 소자로 저항변화메모리에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다.
연구팀은 저항변화메모리 소자에 적용될 수 있는 '할로겐화물 페로브스카이트' 물질을 설계했다. 할로겐화물 페로브스카이트에서 최근 발견된 저항 변화 현상으로 저항변화메모리에 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 저항변화메모리는 가해진 전압에 따라 메모리 소자의 저항 상태가 높은 상태에서 상태로, 또는 낮은 상태에서 높은 상태로 바뀌는 현상을 이용하여 작동되기 때문이다. 하지만 할로겐화물 페로브스카이트는 대기 중에서 낮은 안정성과 낮은 동작 신뢰성이 문제로 제기되어 왔다.

↑ 이번 연구를 주도한 이장식 POSTECH 신소재공학과 교수. [사진 제공 = POSTECH]

연구팀은 기존에 사용되던 3차원 구조가 아닌 2차원 층상구조를 적용해 이같은 문제를 해결했다. 층상구조란 층 안의 분자나 원자의 결합력과 층 간의 결합력이 크게 다를 때 형성된다. 연구팀은 제일원리 계산기법을 이용한 계산으로 우수한 성능을 보일 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 제일원리 계산기법은 소재의 특성이나 현상을 이해하고 예측하기 위한 연구 방법으로, 높은 예측도를 가져 새로운 소재의 특성을 예측해 디자인하는 방식이다. 연구팀은 기존 3차원 구조 메모리 소재는 100도 이상에서 메모리 특성을 잃어버렸지만, 새로 개발한 2차원 소재는 140도 이상에서도 메모리 특성을 유지했고 1V 이내 저전압 환경에서도 작동이 가능하다는 점을 밝혀냈다.
연구를 주도한 이장식 POSTECH 신소재공학과 교수는 "컴퓨터 계산으로 메모리 소자를 위한 최적의 신소재를 디자인하여 실제 메모리 소자 제작에 적용했다"며 "저전력을 필요로 하는 모바일 기기나 신뢰성 있는 동작이 필요한 서버 등 다양한 전자기기들의 메모리 소자에 응용될 수 있어 고성능의 차세대 정보저장 소자의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다. 한편 이번 연구는 자연과학 및 응용과학 분야의 권위 있는 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스 (Advanced Science)'에 게재됐다.
[이종화 기자]