논문 통해 향후 메모리, IoT 분야에서의 에너지 효율적인 메모리 소자 기대
[천지일보=김빛이나 기자] 이대석 광운대학교 전자재료공학과 교수가 논문 ‘Energy-Storing Hybrid 3D Vertical Memory Structure’을 통해 정보와 에너지를 모두 저장할 수 있는 새로운 3D 메모리 구조를 밝혀냈다고 15일 광운대가 밝혔다.
해당 논문에 따르면 3D 구조의 메모리 내에 존재하는 절연층을 에너지 저장 소자(배터리)로 사용해 동일한 부피 내에 정보와 에너지 모두 저장이 가능한 새로운 3D 구조를 제안했다.
본 논문은 그 성과를 인정받아 지난달 ‘IEEE Electron Device Letters 저널(IF: 3.753)’의 ‘Editors’ Picks 및 front cover’에 선정됐다.
최근 메모리의 고집적화가 요구되는 상황 속에서 이를 위해 소자를 수직으로 적층해 다양한 3D 구조의 메모리를 개발하는 데 많은 연구가 집중하고 있다.
이러한 3D 구조의 메모리를 구현하기 위해서는 두 평면 전극 사이에 절연층을 삽입함으로써 메모리 셀들을 분리하고 셀들 간의 간섭을 줄이거나 없애야 한다. 그러나, 이러한 절연층은 소자 간의 간섭을 방지하는 것 외에 다른 역할은 없으며 3D 구조 내에 부피를 많이 차지해왔다.
이 교수 연구팀은 기존 3D 구조의 메모리 내에 존재하는 절연층을 에너지 저장 소자(배터리)로 사용하는 구조를 제안해 정보와 에너지를 모두 저장할 수 있는 공간 및 에너지 효율적인 새로운 구조를 제안했다.
새로운 3D 구조에 차세대 메모리인 ‘Resistive Random Access Memory(ReRAM)’와 현재 많은 연구가 진행 중인 리튬 이온 기반의 전고체 배터리의 적용을 제시했고 각 소자의 특성을 분석했다.
그 결과 메모리의 동작을 확인했으며, 전고체 배터리의 충·방전 동작을 확인함으로써 이차 전지의 특성을 확보했다. 추가로 충전 전압별 배터리의 저항 상태를 확인한 결과, 높은 저항을 가짐으로써 각 메모리의 셀을 분리하고 간섭을 막을 수 있는 절연층으로 사용이 가능하다는 것을 확인했다.
또한 메모리와 배터리가 공존하는 3D 구조에서 단위 셀(배터리+메모리) 내의 메모리의 크기를 줄이면 상대적으로 배터리의 면적이 커지기 때문에 단위 셀 내에 저장할 수 있는 에너지의 양이 커짐을 확인했다.
이로써 기존과 동일한 부피 내에 정보와 에너지를 모두 저장할 수 있는 새로운 3D 구조를 제시했다. 이번 연구는 2019년도 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재단의 지원(NRF-2017R1C1B5075540)으로 수행됐다.
한편 이 교수는 차세대 반도체 소자의 전문가로서 ‘Neuromorphic System(비메모리, 인공지능 반도체)’ 및 ‘고집적 차세대 메모리 소자’에 대한 연구에 집중하고 있다.