KAIST의 최신현(왼쪽부터) 교수, 박시온 석박사통합과정생, 홍석만 박사과정생 [KAIST 제공]

국내 연구진이 기존보다 소비전력을 15배 이상 낮출 수 있는 신개념 메모리 소자 개발에 성공했다.

KAIST는 최신현 전기및전자공학부 교수 연구팀이 디램(DRAM)과 낸드(NAND) 플래시 메모리를 대체할 수 있는 초저전력 차세대 상변화 메모리 소자를 개발했다고 4일 밝혔다.

기존 상변화 메모리는 값비싼 초미세 반도체 노광공정을 통해 제작하며 소모 전력이 높은 문제점이 있었다. 연구팀은 상변화 물질을 전기적으로 극소 형성하는 방식을 통해 제작한 초저전력 상변화 메모리 소자로 값비싼 노광공정 없이도 매우 작은 나노미터(㎚·10억분의 1m) 스케일의 상변화 필라멘트를 자체적으로 형성했다. 이는 공정 비용이 매우 낮을 뿐 아니라 초저전력 동작이 가능하다는 획기적인 장점이 있다.

현재 널리 사용되고 있는 메모리인 디램은 속도가 매우 빠르지만, 전원이 꺼지면 정보가 사라지는 휘발성 특징을 갖고 있으며, 저장장치로 사용되는 낸드 플래시 메모리는 읽기·쓰기 속도는 상대적으로 느린 대신 전원이 꺼져도 정보를 보존하는 비휘발성 특징을 갖고 있다.

상변화 메모리는 디램과 낸드 플래시 메모리의 장점을 모두 가진 차세대 메모리로, 빠른 속도와 비휘발성 특성을 동시에 지닌다. 이러한 이유로, 상변화 메모리는 기존 메모리를 대체할 수 있는 차세대 메모리로 각광받으며, 메모리 기술 또는 인간의 두뇌를 모방하는 뉴로모픽 컴퓨팅 기술로 활발히 연구되고 있다.

하지만 기존 상변화 메모리는 소비 전력이 매우 높아서 실용적인 대용량 메모리 제품과 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템을 구현하기에는 어려움이 크다. 또 소비 전력 개선 정도가 작고 공정비용과 공정 난이도가 증가해 실용성 측면의 한계점이 존재했다.

연구팀은 상변화 메모리의 소비전력 문제를 해결하기 위해 상변화 물질을 전기적으로 극소 형성하는 방식으로 기존의 값비싼 초미세 노광공정을 이용한 상변화 메모리 소자보다 소비 전력이 15배 이상 작은 초저전력 상변화 메모리 소자 구현에 성공했다.

최 교수는 “이번에 개발한 초저전력 상변화 메모리 소자는 기존의 연구 방향과는 완전히 다른 방식으로 기존에 풀지 못하였던 큰 숙제인 제조비용과 에너지 효율을 대폭 개선한 소자를 개발했다는 의의가 있다”고 말했다. 이어 “물질 선택이 자유로워 고집적 3차원 수직 메모리, 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템 등 다양한 응용을 가능하게 하는 등 미래 전자공학의 기반이 될 것”이라고 기대했다.

이번 연구 성과는 세계 최고 국제 학술지 ‘네이처’ 4월호에 실렸다.

구본혁 기자