▲ 산화물 반도체 기반 2T0C DRAM 구조를 개발한 ETRI 연구진. ETRI 제공
한국전자통신연구원(ETRI)은 디스플레이 산업에서 활용되는 산화물 반도체 트랜지스터(TFT)를 적용해 캐패시터 없이 데이터를 저장하는 ‘2T0C(2-Transistor-0-Capacitor)’ DRAM 구조를 개발했다고 14일 밝혔다.
이번 기술은 ‘캐패시터리스 DRAM’이라 불리는 차세대 메모리 방식으로, 인공지능(AI)과 데이터 중심 컴퓨팅 시대가 본격화되면서 더욱 중요해지고 있는 메모리 기술의 새로운 방향을 제시한 것으로 평가된다. 기존 실리콘 기반 DRAM이 갖고 있던 구조적 한계를 극복할 수 있는 대안이 될 수 있기 때문이다.
현재 상용되는 대부분의 DRAM은 1T1C 구조로, 트랜지스터 1개와 캐패시터 1개가 함께 작동해 데이터를 저장한다. 이때 캐패시터는 전기를 저장하는 작은 저장 공간 역할을 한다. 하지만 반도체가 점점 작아질수록 이 캐패시터를 만드는 것이 점점 어려워지고, 제조 과정이 복잡해지며 전력 소모도 커지는 문제가 있다.
이 때문에 캐패시터를 없앤 새로운 메모리 구조가 필요했지만, 기존 연구에서는 데이터를 오래 유지하기 어렵거나 안정성이 떨어지는 문제가 있었다.
연구진은 이를 해결하기 위해 ‘산화물 반도체’라는 소재에 주목했다. 알루미늄이 첨가된 인듐-주석-아연 산화물(ITZO) 소재를 사용해 트랜지스터를 만들고, 아산화질소(N2O) 플라즈마 공정을 통해 내부 결함을 정밀하게 조절했다. 이를 통해 소자 내부 결함을 줄이고 누설 전류를 효과적으로 억제하는 데 성공했다. 또 데이터를 읽는 트랜지스터의 채널 비율(W/L)을 최적화해 저장된 전하가 쉽게 사라지지 않도록 설계했다.
그 결과, 1000초 이상 데이터를 유지할 수 있었으며, 데이터를 ‘0’과 ‘1’로 명확하게 구분할 수 있는 범위인 메모리 윈도우도 약 13배 향상됐다. 이는 데이터를 더 오래, 더 정확하게 저장할 수 있다는 의미로, 2T0C DRAM에서 핵심 성능으로 꼽히는 두 지표를 동시에 개선해 실제 메모리 응용 가능성을 높인 핵심 성과로 평가된다.
ETRI 플렉시블전자소자연구실 남수지 박사는 “디스플레이 분야에서 발전해 온 산화물 반도체 기술이 차세대 메모리 소자에도 적용될 수 있음을 확인했다. 앞으로 3차원 반도체 집적 기술과 저전력 컴퓨팅 시스템 구현에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.
김형중 기자 kimhj@ggilbo.com
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