흔한 메모리 공정용 소재 이용한 물리현상 밝혀…산업 파급력 클 듯 데이터를 저장하기 위해 수십 나노미터(㎚·1억분의 1m) 이상의 크기가 필요했던 반도체의 집적도를 1000배 이상 높일 수 있는 원리가 국내 연구진을 통해 제시됐다.
삼성전자는 이준희 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수 연구팀이 차세대 메모리 반도체의 집적도를 1000배 이상 향상시킬 수 있는 이론과 소재를 발표했다고 3일 밝혔다.
반도체에 데이터를 저장하기 위해서는 수천 개의 원자 집단인 '도메인'이 필요한데, 현재까지 이를 일정 수준 이하로 줄일 수 없었다. 반도체 소자가 한계 수준 이하로 작아지면 정보 저장 능력이 사라지는 '스케일링(Scaling)' 이슈 현상이 발생해 반도체 소자에 컴퓨터 정보 처리 단위인 '0'과 '1'을 구현할 수 없게 된다.
이준희 교수 연구팀은 '산화하프늄(HfO₂)'이라는 반도체 소재의 산소 원자에 전압을 가하면 원자간 탄성이 사라지는 물리 현상을 새롭게 발견하고, 반도체에 적용해 저장 용량 한계를 돌파했다.
삼성전자에 따르면 연구팀은 "이번 연구 결과를 적용하면 반도체 소형화시 저장 능력이 사라지는 문제점도 발생하지 않아 현재 10㎚ 수준에 멈춰 있는 반도체 공정을 0.5㎚까지 미세화 할 수 있어 메모리 집적도가 기존 대비 약 1000배 이상 향상될 것"으로 예상했다.
산화하프늄은 현재 메모리 반도체 공정에서 흔히 사용하는 소재로, 이 현상을 적용할 경우 스마트폰, 태블릿 등 다양한 제품의 메모리 성능을 한층 끌어올릴 수 있어 산업계에 파급이 클 것으로 예상된다.
이준희 교수는 "개별 원자에 정보를 저장하는 기술은 원자를 쪼개지 않는 범위 내에서 최고의 집적 기술"이라며 "이 기술을 활용하면 반도체 소형화가 더욱 가속화 될 것으로 기대된다"고 말했다.
이 연구는 2일(미국 현지시간) 세계적인 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 사이언스에 순수 이론 논문이 게재되는 경우는 극히 드문 사례로, 국내 연구팀 단독 교신으로 진행한 이 연구는 이론적 엄밀성과 독창성, 산업적 파급력을 인정 받아 게재됐다.
이 연구는 작년 12월 삼성미래기술육성사업 과제로 선정돼 연구 지원을 받고 있으며, 과학기술정보통신부 미래소재디스커버리 사업 지원도 받아 수행됐다.
KPI뉴스 / 임민철 기자 imc@kpinews.kr
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