1000초 데이터 유지·메모리 윈도우 13배 향상
AI·데이터 중심 시대 핵심 인프라 기술로 주목
Advanced Science 게재...글로벌 학계 성과 인정
산화물 반도체 기반 2T0C DRAM 구조를 개발한 ETRI 연구진.
국내 연구진이 별도의 캐패시터 없이도 데이터를 안정적으로 저장할 수 있는 차세대 DRAM 구조를 구현하며 저전력·고집적 메모리 기술의 새로운 가능성을 열었다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 산화물 반도체 트랜지스터(TFT)를 적용한 ‘2T0C(2-Transistor-0-Capacitor)’ 구조의 캐패시터리스 DRAM을 개발했다고 밝혔다.
*캐패시터(Capacitor) : 두 도체판 사이에 절연체를 두고 전기를 일시적으로 저장 및 방출하는 수동 전자 부품.
이번 연구는 기존 DRAM의 구조적 한계를 극복할 수 있는 대안으로 평가되며 Advanced Science 3월 3일자 온라인판에 게재됐다.
이번 기술은 캐패시터 없이 데이터를 저장하는 새로운 메모리 방식으로 AI와 데이터 중심 컴퓨팅 시대에서 요구되는 저전력·고집적 반도체 구현에 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다.
ETRI 연구진이 산화물 반도체를 증착하는 모습.
현재 상용 DRAM은 트랜지스터 1개와 캐패시터 1개로 구성된 1T1C 구조를 사용한다. 하지만 반도체 미세화가 진행될수록 캐패시터 제작이 어려워지고 공정 복잡성과 전력 소모가 증가하는 한계가 지적돼 왔다.
*1T1C 구조 : 1개의 트랜지스터(1 Transistor)와 1개의 커패시터(1 Capacitor)가 결합하여 하나의 메모리 셀(Cell)을 구성하는 DRAM(Dynamic Random Access Memory)의 가장 기본적인 회로 구조.
연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 누설 전류가 적고 전하 유지 특성이 뛰어난 산화물 반도체에 주목했다. 알루미늄이 첨가된 인듐-주석-아연 산화물(ITZO)을 활용해 트랜지스터를 제작하고 아산화질소(N₂O) 플라즈마 공정을 통해 내부 결함을 정밀하게 제어했다.
*ITZO(Indium-Tin-Zinc Oxide) : 인듐-주석-아연 산화물로 인듐(In), 주석(Sn), 아연(Zn), 산소(O)가 결합된 3원계 비정질 산화물 반도체 소재.
또 트랜지스터 채널 비율(W/L)을 최적화해 저장된 전하의 소실을 최소화했다. 그 결과 1000초 이상 데이터 유지가 가능해졌으며 데이터 ‘0’과 ‘1’을 구분하는 메모리 윈도우도 약 13배 향상됐다.
이는 2T0C DRAM의 핵심 성능 지표인 데이터 유지력과 판독 안정성을 동시에 개선한 것으로 실제 메모리 소자 적용 가능성을 크게 높인 성과로 평가된다.
*2T0C(2-Transistor-0-Capacitor) : 기존의 D램(DRAM)에서 데이터를 저장하는 핵심 부품인 커패시터(Capacitor)를 제거하고, 2개의 트랜지스터만으로 메모리 셀을 구성하는 차세대 메모리 기술 구조.
특히 이번 연구는 단순 저장 성능을 넘어 안정적인 동작 특성까지 확보했다는 점에서 기존 연구와 차별성을 갖는다.
ETRI 연구진이 2T0C 구조의 트랜지스터 특성을 측정하는 모습.
ETRI 플렉시블전자소자연구실 남수지 박사는 “디스플레이 분야에서 발전한 산화물 반도체 기술이 차세대 메모리에도 적용될 수 있음을 확인했다”며 “향후 3차원 반도체 집적과 저전력 컴퓨팅 구현에 중요한 역할을 할 것”이라고 말했다.
이번 연구는 기존 실리콘 기반 DRAM의 구조적 한계를 넘어 새로운 메모리 기술 방향을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 특히 AI 시대 핵심 인프라인 고집적·저전력 메모리 확보에 중요한 계기가 될 것으로 전망된다.
한편 이번 연구는 UST 과학기술연합대학원대학교 ETRI 캠퍼스 양차환 석사과정 학생이 제1저자로 참여했으며 산업통상자원부의 ‘무기발광 디스플레이 기술개발 사업’과 ‘ETRI 신개념선행연구사업’ 지원을 받아 수행됐다. 연구팀은 소재 개발부터 공정, 회로 설계, 패널 검증까지 전 주기 기술을 확보했다.
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