국내 연구진이 전기가 없어도 정보가 지워지지 않는 플래시 메모리 등을 대체할 차세대 것으로 주목받는 저항변화메모리의 누설전류를 획기적으로 줄일 수 있는 반도체 스위치 소자를 개발했다.

포항공대 신소재공학과 이장식 교수팀은 17일 산화아연(ZnO)에 적정량의 은(Ag)을 첨가, 전류를 끊거나 흐르게 할 수 있는 저항값이 10억배 차이가 나는 나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 크기의 반도체 스위치 소자를 개발했다고 밝혔다.

실리콘 반도체는 많은 정보를 저장하기 위해 집적도를 높이는 방향으로 꾸준히 발전해 왔으나 최근 소형화가 한계를 맞았다는 지적이 나온다.

물질의 저항 차이를 이용해 정보를 저장하는 저항변화메모리는 3차원 구조 메모리 소자 제작이 가능하고 전원이 꺼지더라도 저장된 정보가 유지돼 플래시 메모리를 대체할 차세대 소자로 주목받고 있다.

그러나 저항변화메모리는 근처 소자들 간 누설전류로 과다 전력소모가 일어나고 원하는 정보를 제대로 읽지 못하는 식별오류 문제가 발생, 이를 해결하기 위해서는 다이오드 및 트랜지스터 역할을 하는 스위치 소자 개발이 필요하다.

연구진은 저항값이 매우 커 전류가 잘 흐르지 않는 산화아연에 결정구조를 가진 물질 내에서 쉽고 빠르게 이동하는 성질이 있는 은을 첨가, 전류가 흐를 때와 흐르지 않을 때 저항값이 10억배 차이가 나는 스위치 소자를 개발했다.

저항값 차이가 클수록 반도체 소자의 전원을 켜고 끌 수 있는 효율이 높아지고 전류 흐름을 효율적으로 제어할 수 있어 저항변화메모리 소자 간 누설전류를 차단를 차단하고 전력소모를 줄 일 수 있다.

또 이 스위치 소자는 높은 저항비가 지연시간 없이 빠른 속도로 동작하고 250℃의 고온에서도 소자의 특성이 저하되지 않을 만큼 열적 안정성도 우수한 것으로 나타났다고 연구진은 설명했다.

이 교수는 "은을 사용해 전류 흐름을 제어하고 효과적으로 누설전류를 줄일 수 있는 새로운 반도체 스위치 소자를 개발했다"며 "대면적으로 균일하게 만들 수 있고 안정된 특성이 뒷받침되면 휴대전화 등에 사용될 차세대 메모리, 많은 전류 공급이 필요한 전력반도체, 시냅스 소자 등에 필요한 뉴로모픽 소자 등에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

한국연구재단 기초연구사업 등의 지원으로 수행된 이 연구결과는 '엔피지 아시아 머티리얼즈(NPG Asia Materials, 2월 24일자)에 게재됐다.

(위 그림 왼쪽) 전압을 걸면 높은 전기저항에서 낮은 전기저항으로 변화되고 낮은 전기저항에서 전원을 끄면 다시 높은 전기저항으로 변화된다. (위 그림 오른쪽) 아주 낮은 전압의 변화만으로도 매우 높은 저항비 (selectivity)가 나타난다. (아래 그림 왼쪽) 제작된 소자의 모식도 및 실제 소자의 전자현미경 사진. (아래 그림 오른쪽) 산화아연 물질의 화학 구조도 및 산화아연 내에 은 이온의 위치 그림.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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