전상훈 교수 연구팀. [KAIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전= 박주영 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 차세대 반도체 소재 '강유전체'를 이용해 고성능·고집적 메모리 소자를 개발했다고 6일 밝혔다.

강유전체는 스스로 자화 상태를 유지할 수 있는 강자성체처럼 외부 전기장 없이도 분극 상태를 유지할 수 있는 물질이다.

전상훈 교수 연구팀은 강유전체 소재를 이용해 기존 D램과 낸드 플래시 메모리의 한계를 극복한 차세대 메모리 소자를 개발했다.

스마트폰, 컴퓨터, USB 등에 널리 쓰이는 D램 메모리는 외부 전력이 끊어지면 저장된 데이터가 손실되는 휘발성 메모리로, 전력이 많이 들지만, 공정 단가가 낮고 집적도가 높아 널리 활용되고 있다.

하지만 소자 크기가 작아질수록 DRAM 소자가 정보를 저장하는 커패시터(축전기) 용량이 작아져 메모리 동작을 수행하기 어렵다.

연구팀은 비휘발성과 우수한 내구성을 갖는 하프니아 강유전체를 이용해 초박막 물질에서 높은 저장 용량을 구현하는 데 성공했다.

현재까지 보고된 D램 커패시터 중 가장 얇은 2.4Å(옴스트롱:1Å은 1천만분의 1㎜) 두께를 달성했다.

연구팀은 또 낸드 플래시 메모리의 한계를 극복할 하프니아 강유전체 기반 차세대 메모리 기술도 개발했다.

비휘발성 메모리인 낸드 플래시 메모리는 오랜 기간 안정적으로 정보를 저장할 수 있으나 물리적인 한계로 인해 500층·1천층 이상 적층하기 어렵다.

연구팀은 기존 소재보다 낮은 전압에서도 작동 가능하며 데이터를 더 많이 저장할 수 있는 강유전체의 특성을 이용해 저장용량을 높이는 데 성공했다.

1000단 이상 수직으로 적층할 수 있으며 데이터를 10년 이상 안정적으로 유지할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

전상훈 교수는 "스케일링 이슈로 인해 답보상태에 있는 메모리 반도체 기술 개발에 돌파구가 되길 바란다"며 "인공지능 컴퓨팅과 엣지 컴퓨팅 기술 상용화에 기여할 것"이라고 말했다.