한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)은 전기및전자공학부 윤준보 교수 연구팀이 나노종합기술원(원장 이조원) 강민호 박사와의 협업을 통해 방사선에 강하고 프로그래밍 에너지가 낮은 나노 전자 기계식 비휘발성 메모리 소자를 세계 최초로 개발했다고 28일 밝혔다.
윤 교수 연구팀에 따르면 이번 메모리 소자는 나노 전자 기계 기술(NEMS)을 활용해 고에너지 방사선에도 강하며, 일반적인 비휘발성 플래시 메모리보다 3만배 이상 프로그래밍 에너지가 낮고 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 유지할 수 있다.
연구팀은 반도체 메모리를 사용하는 대신 나노 크기의 매우 작은 기계 구조에 전기 신호를 가함으로써 나노 기계 구조체가 실제로 움직여서 하부 전극에 붙고 떨어지는 방식을 사용했다고 전했다. 또 매우 낮은 프로그래밍 에너지를 달성하기 위해 파이프-클립 스프링 구조와 구부러진 외팔보 구조로 구성된 상부 전극을 도입했다. 특히 파이프-클립 모양의 나노 기계 구조에 전류를 가해 열을 내는 구동 방식을 통해 프로그램된 구조체가 초기 상태로 복구할 수 있도록 했다.
나노종합기술원의 반도체 장비 및 시설 인프라를 활용해 8인치 웨이퍼 수준의 대면적 기판에 신뢰적으로 소자를 제작, 프로그래밍 에너지가 매우 낮은 수준이라는 것을 확인했다. 또 누설 전류 증가, 동작 전압 변화, 비트 오작동 등의 성능 저하 없이 우수한 내방사선 특성을 보였다고 전했다.
제1 저자인 이용복 KAIST 전기및전자공학부 박사과정은 “해당 기술은 우주 환경에서의 인공지능(AI), 초안정성 자율주행 시스템 등 내방사선과 높은 에너지 효율성이 필요한 다양한 미래 응용 분야에서 핵심 기술이 될 것”이라며 “세계 차세대 반도체 시장에서 메모리 원천 기술을 선도할 수 있도록 기여하고 싶다”고 말했다.
이번 연구는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈' 2023년 1월호에 출판됐다. 한국연구재단의 차세대지능형반도체기술개발사업과 삼성전자의 지원을 받아 수행했다.
임대준 기자 ydj@aitimes.com
