BON 터널링층의 비대칭 에너지 장벽 구조 및 동작 원리 모식도(사진 제공=KAIST)
| 이코노미사이언스 신지원 기자 |
스마트폰 속 사진 한 장부터 인공지능(AI) 서버에 쌓이는 데이터까지 디지털 세상의 기억은 대부분 ‘낸드플래시’라는 작은 반도체 칩에 담긴다. 지금까지 이 메모리는 더 많은 정보를 담을수록 속도와 안정성 사이에서 줄다리기를 해야 했었다.
KAIST 전기및전자공학부 조병진 교수 연구팀은 머리카락보다 얇은 반도체 층에 ‘스마트 출입문’을 심는 데 성공했다고 20일 밝혔다. 이 기술은 차세대 3차원 V-낸드 메모리의 고질적 한계를 뛰어넘을 열쇠로 주목받고 있다.
핵심은 ‘터널링층’이라는 전자가 드나드는 초미세 통로다. 기존에는 실리콘 산질화물(SiON)을 사용해왔다. 이 소재는 문을 넓히면 데이터가 새고, 좁히면 지우는 속도가 느려지는 난제인 트레이드오프를 피할 수 없었다. 특히 하나의 셀에 5비트, 즉 32단계 정보를 담는 ‘펜타 레벨 셀(PLC)’ 구현에서는 이 문제가 치명적이었다.
연구팀은 ‘붕소 산질화물(BON)’이라는 신소재를 도입함으로써 문제해결에 나섰다.이 물질은 전자의 종류에 따라 장벽의 높이를 다르게 만드는 독특한 성질을 갖는데 이를 이용해 ‘비대칭 에너지 장벽’을 설계했다.
결과는 직관적이다. 데이터를 지울 때 필요한 정공은 빠르게 통과시키고, 저장된 정보를 담고 있는 전자는 밖으로 새지 못하게 막는다. 반도체 안에 들어올 때는 활짝 열리되 나갈 때는 철통 보안인 '스마트 출입문'이 생긴 셈이다.
실제 실험 결과 BON을 적용한 소자는 기존 대비 데이터 삭제 속도가 최대 23배 빨라졌고, 수만 번 반복 사용에도 성능 저하가 거의 없었다. 더 까다로운 조건인 PLC 동작에서도 데이터 분포를 3배 이상 정밀하게 제어하는 데 성공했다.
(왼쪽부터) 이번 연구에 참여한 KAIST 연구진. (왼쪽부터) 강대현 석박통합과정 학생, 조병진 교수(사진 제공=KAIST)
조병진 교수는 “이번 연구는 차세대 초고용량 메모리 제조에 바로 적용할 수 있는 독창적인 기술”이라며 “반도체 강국인 대한민국의 기술 초격차를 유지하는 데 크게 기여할 것”이라고 말했다.
전기및전자공학부 강대현 석박사통합과정생이 제1저자로 주도한 이번 연구 결과는 지난해 12월에 열린 ‘국제전자소자학회(IEDM)’에서 발표되어 세계적인 주목을 받았고 삼성전자가 주최한 삼성휴먼테크논문대상에서 대학 부문 전체 1위인 ‘대상’을 수상했다.
아주쉽다
댓글
0