20ナノフラッシュメモリー商用化難関過ぎた

20나노 플래시메모리 상용화 난관 넘었다

| 기사입력 2011-11-21 12:02  

조병진 교수팀, "그래핀" 전극으로 성능 1만배 개선

(서울=연합뉴스) 신호경 기자 = 국내 연구진이 "그래핀"을 전극 소재로 활용, 플래시 메모리 반도체의 성능과 수명을 획기적으로 개선했다.

이 연구 성과를 활용하면 20나노미터(㎚,10억분의 1ｍ)급 플래시 메모리 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

교육과학기술부는 조병진 한국과학기술원(KAIST) 교수가 주도한 연구팀이 차세대 플래시 메모리(전하포획방식)의 게이트(반도체에서 전자를 가두고 비우는 그릇) 전극 소재를 금속에서 그래핀으로 바꿔 데이터 보존 시간과 수명을 크게 늘리는데 성공했다고 21일 밝혔다.

그래핀은 흑연의 탄소원자 배열과 같은 모양이지만 두께는 원자 하나 정도에 불과한 2차원의 탄소 나노 구조체를 말한다. 쉽게 말해 보통 흑연에서 한 겹의 원자층을 벗겨낸 것으로, 전자가 빠르게 이동할 수 있어 전도성이 매우 좋은 데다 강도 등 물리적 성질도 뛰어나 신소재로 주목받고 있다.

현재 국내외 기업들은 앞다퉈 기존 30나노급 플래시 메모리를 대체할 20나노급 개발을 위해 연구를 진행하고 있다.

20나노급 플래시 메모리에서는 전하 손실을 막기 위해 전하를 부도체에 가둬놓고 빼내는 방식의 "전하포획방식"을 사용하는데, 대부분 현재 개발 중인 이 방식 플래시 메모리의 게이트 전극 소재는 질화탄탈늄(TaN) 등 금속이다.

그러나 이같은 금속 전극 전하포획방식의 플래시 메모리는 아직까지 "150℃이상 온도에서 10년이상 데이터 보존" 등의 시장 요구 조건을 충족하지 못하고 있다.

연구진이 플래시 메모리에서 맨 아래 기판의 전자를 부도체층으로 끌어올리고 비우기 위해 전압을 거는 부분인 전극의 소재를 그래핀으로 바꾸자, 데이터 보존 시간이 10의 9제곱 초까지 늘었다.


이는 기존 금속 전극 플래시 메모리의 보존 시간인 10의 5제곱의 1만배일 뿐 아니라, 상용화 조건인 10년(약 10의 8제곱)보다 긴 시간이다.

데이터를 쓰고 지우는데 필요한 전압 차이도 10V(볼트)에서 17V로 70% 정도 높아졌다. 플래시 메모리에서는 이 전압 차이가 클수록 더 확실하게 정보를 기록하고 지울 수 있어 성능이 좋은 것으로 평가받는다.

연구진의 분석에 따르면 이처럼 그래핀 전극을 사용한 플래시 메모리 반도체의 성능과 수명이 좋아지는 것은, 가벼운 원자 한 겹으로 이뤄진 그래핀의 특성 때문이다.

금속 전극의 경우 무겁고 두꺼워 아래 놓인 게이트의 부도체층(산화알루미늄+질화막+이산화규소 등)에 기계적 스트레스를 줘 절연 부위가 손상되면서 전하가 새지만, 그래핀은 원천적으로 그런 우려가 없다는 얘기다.

더구나 금속은 얇게, 가볍게 만들면 대신 저항이 커질 수 밖에 없지만, 그래핀은 얇지만 전도성까지 매우 뛰어나다.

조병진 교수는 "이번 연구 성과는 그 동안 상용화에 어려움을 겪고 있던 20나노급 플래시 메모리 개발에 돌파구가 될 것"이라며 "무엇보다 기존 생산 공정에 바로 적용할 수 있고, 플래시 메모리 뿐 아니라 신뢰도가 중요한 자동차·국방·의료 부문의 시스템 반도체에도 응용될 수 있을 것"이라고 설명했다.

이 논문은 나노과학 분야 권위지인 "나노 레터스(Nano Letters)" 온라인판에 실렸다.

<기존 금속 전극 전하포획방식 플래쉬 메모리(왼쪽)와 그래핀 전극 플래쉬 메모리 비교>