KAIST, 2차원 소재 이용한 초저전력 유연 메모리 개발

KAIST의 전기 및 전자공학부 최성율 교수와 생명화학공학과 임성갑 교수가 이끄는 공동 연구팀이 2차원 소재를 이용한 고집적, 초저전력 비휘발성 유연 메모리 기술을 개발하는 데 성공했다. 연구팀은 원자층 두께로 얇은 이황화몰리브덴 채널 소재와 고성능의 고분자 절연막 소재를 이용해 이 기술을 개발했다. 우명훈 석사(현 삼성전자 연구원)와 장병철 박사 과정 학생이 공동 저자로 참여한 이번 연구의 결과는 국제적인 재료 분야 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’ 11월 17일자 표지 논문으로 게재됐다.

최근 들어 IoT, 인공지능, 클라우드 서버 기술 등이 등장하면서, 메모리 중심 컴퓨팅으로의 전환과 함께 웨어러블 기기 산업의 수요가 증가해 고집적, 초저전력 비휘발성 유연 메모리에 대한 필요성이 커지고 있다. 특히 원자층 두께의 매우 얇은 이황화몰리브덴 반도체 소재는 최근 포스트 실리콘 소재로 주목받고 있다. 이는 얇은 두께로 인해 기존 실리콘 소자에서 나타나는 단채널 효과를 억제해 고집적도 및 전력 소모 측면에서 장점을 발휘할 수 있다. 또한, 얇은 두께로 인한 유연함이 웨어러블 전자 소자로서의 응용을 지원한다는 점도 하나의 이점이다. 하지만 이황화몰리브덴 반도체 소재는 불포화 결합을 갖지 않는 표면 특성으로 인해 기존의 원자층 증착 장비로는 얇은 절연막을 균일하고 견고하게 증착하는 데 한계를 보여왔다.

게다가 현재의 액상 공정은 저유전율 고분자 절연막을 10nm 이하의 균일한 대면적 증착에 대한 약점을 지니고 있어, 저전압 구동이 불가능하고 포토리소그래피 공정과의 호환이 이뤄지지 않았다. 연구팀은 ‘개시제를 이용한 화학 기상증착법’에 기초해 고성능의 고분자 절연막을 개발한 후, 위와 같은 문제를 해결했다. 그리고 연구팀은 iCVD 공정을 이용해 이황화몰리브덴 반도체 소재 위에서 10nm 두께의 터널링 고분자 절연막이 균일하고 견고하게 증착됨을 확인했다. 이와 함께 연구팀은 기존의 이황화몰리브덴 반도체 메모리 소자가 20V 이상의 전압으로 구동되는 반면, 이번에 제작한 소자는 10V 부근의 저전압으로 구동된다는 사실까지 파악했다. 이번 연구와 관련해 최 교수는 “인공지능, IoT 등처럼 4차 산업혁명의 근간인 반도체 소자 기술은 기존 메모리 소자를 뛰어넘는 저전력성과 유연성 등의 기능을 갖춰야 한다”며, “이번 기술은 이를 해결할 수 있는 소재, 공정, 소자 원천 기술을 개발했다는 의의를 지니고 있다”고 말했다. 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단이 추진하는 글로벌프론티어사업, 미래소재 디스커버리 사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

자료 제공 : KAIST