포항공대 노준석 교수팀, 질소 도핑으로 차세대 메모리 CB램 성능 높여

포항공대 노준석 교수

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 포항공대 연구팀이 Re램의 일종인 CB램(CBRAM)의 전기를 마련할 기술을 개발했다.

포항공과대학교(총장 김도연) 기계공학과/화학공학과 노준석 교수, 박사후연구원 닐루파 래이즈 호쎄니(Niloufar Raeis Hosseini) 씨, 황현상 교수팀은 질소를 도핑한 GST1를 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"이라고 기대감을 밝혔다.

한편 이번 연구는 전략과제, X-프로젝트, 선도연구센터 (ERC) 광기계기술센터, 글로벌프론티어사업 파동에너지극한제어연구단, KRF 펠로우십 등의 지원으로 수행됐다.

포항=김재원 기자 jwkim2916@