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[R&D PLUS] 양희준 성균관대 교수, 1,000배 적은 에너지로 100배 빠른 속도 자랑하는 ‘자가 선택 메모리’ 개발

입력 : 2019.08.11 12:05

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[첨단 헬로티]

 

4차 산업혁명과 함께 사물인터넷, 인공지능 등 새로운 기술들이 등장하기 시작했다. 이 기술들은 새로운 시대를 여는 주춧돌이 되고 있지만, 이를 뒷받침하기 위한 여러 과제도 양산하고 있다. 대표적인 부분이 메모리다. 새로운 기술들을 지원하기 위해서는 에너지 소모가 적으면서 더 빠른 속도를 지원하는 메모리 소자가 필요해졌다. 세계 각국 연구진들은 이 문제를 해결하기 위해 다양한 연구를 진행해왔다. 그리고 최근 국내 연구진에 의해 새로운 개념의 ‘자가 선택 메모리(self-selective memory)’가 개발돼 주목받기 시작했다.

 

 

▲ 양희준 성균관대학교 에너지과학과 교수 <사진 : 성균관대학교>

 

낸드플래시 한계 넘는 기술 개발


양희준 성균관대학교 에너지과학과 교수 연구팀이 2차원 소재 그래핀과 질화붕소(h-BN)를 활용하여 테라비트급(terabit) 초고속 초절전 비휘발성 메모리 소자를 개발했다고 밝혔다.


현재 널리 활용되고 있는 메모리 소자는 실리콘 기반의 낸드플래시다. 


하지만 4차 산업혁명과 더불어 발전하고 있는 사물인터넷, 인공지능, 뉴로모픽 컴퓨팅 등의 미래 기술을 실현하기 위해서는 낸드플래시보다 100배 이상 에너지 소모가 적고, 100배 이상 빠른 속도의 차세대 고집적 비휘발성 메모리가 요구됐다.


이 문제를 해결하고자 세계 각국 연구진은 산화물 반도체나 2차원 소재와 같은 실리콘 이외의 다른 소재를 활용해 상변화 메모리(RPAM), 저항 메모리(RRAM) 등을 연구해왔다.

 

하지만 이 메모리들은 실리콘 공정 중심의 메모리 구현과 비교해 기술적 난관이 많았다. 새로운 소재의 안정적 동작 여부가 중요했고, 기존 CMOS 설계와 다른 고집적화 방법에서 한계가 있었다.

 

2차원 소재인 그래핀과 질화붕소 활용


양희준 교수 연구팀은 이 문제를 해결하고자 2차원 소재인 그래핀과 질화붕소를 활용하여 새로운 개념의 ‘자가 선택 메모리(self-selective memory)’를 개발했다. 그래핀의 우수한 기계적, 전기적 특성과 질화붕소를 통한 양자 터널링 특성을 융합하여 새로운 개념의 메모리 소자를 개발한 것이다.


이 메모리는 기존의 트랜지스터를 활용하지 않고도 테라비트급 집적도와, 낸드플래시에 비해 1,000배 적은 에너지로 100배 빠른 초절전, 초고속 메모리 동작이 가능하다는 것을 증명했다.

 

양희준 교수는 “테라비트급 초고속 초절전 비휘발성 메모리 개발은 4차 산업혁명시대의 사물인터넷, 인공지능 등의 산업을 주도적으로 열 수 있는 핵심 기술”이라면서 “이번 연구는 차세대 비휘발성 메모리 소자 개발을 위한 최대 난제를, 고전적인 실리콘 트랜지스터를 사용하지 않고 2차원 소재를 활용하여 해결할 수 있는 방법을 보인 첫 사례”라고 밝혔다.


한편, 이번 연구는 삼성미래기술육성사업의 2017년 4월 자유 공모 과제 지원으로 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 7월 18일(한국시각) 자로 게재됐다.

/김동원 기자(eltred@hellot.net)

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