최창환 한양대 교수, 3차원 플래시 메모리 소자의 다치화 가능한 강유전체 신소재 개발
최창환 한양대 교수, 3차원 플래시 메모리 소자의 다치화 가능한 강유전체 신소재 개발
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왼쪽부터 최창환 교수
왼쪽부터 최창환 교수, 구본철 박사과정

[한국대학신문 조영은 기자] 한양대학교는 최창환 신소재공학과 교수와 구본철 박사과정 학생 연구팀이 3차원 플래시 메모리 소자의 고(高)단화 및 저전력 문제를 해결할 수 있는 새로운 강유전체 소재를 개발했다고 발표했다.

삼성전자 미래기술육성센터사업의 지원을 받아 한양대 융합전자공학부 송윤흡 교수팀과 공동으로 진행된 이번 연구는 14일부터 6일간 열린 ‘IEEE Symposia on VLSI Technology and Circuits’에 발표됐고, 기술위원회가 선정한 13개 Highlight 기술 논문으로 채택돼 학회 미디어프레스에 소개됐다.

학회는 매년 반도체 기술 분야 최신 연구 내용을 발표하고 전 세계 반도체 기업과 학계에서 투고한 논문 중 가장 뛰어난 소수의 논문을 선정하고 있다.

이번 학회는 코로나 19로 인해 비대면 방식으로 진행됐고, 최근 10년간 열린 학회 중 가장 많은 논문이 투고됐다. 투고된 총 248건의 논문 중 86건이 논문으로 채택됐고, 이 가운데 대학교에서 작성된 논문은 29건에 불과했다.

현재 3차원 플래시 메모리 소자는 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥사이드(ONO)로 구성된 박막 재료를 전하 저장층으로 사용하며 20nm 정도의 두께를 갖는다.

3D 플래시 메모리 소자의 성능 개선을 위해 지속적 고단화가 필요하다. 하지만 기존 ONO 박막은 두께를 줄이기가 어렵고 새로운 대체 박막 재료는 다치화(MLC; Multi-level cell)의 어려움이 있어 신소재 개발이 필요하다.

연구이미지
연구이미지

최 교수팀은 알루미늄 도핑된 HfO2 박막 재료를 탈이온수에서 고속 급랭함으로써 비약적으로 향상된 잔류 분극과 항전기장을 갖는 새로운 강유전체 박막을 형성했다. 이를 적용한 플래시 메모리 소자는 MLC 구현, 안정적인 100만 번 쓰고/지우기와 10년의 동작 신뢰성이 가능하며 박막 내부의 높은 응력과 변형을 통해 안정된 사방정계 상(Orthorhombic phase)을 유도하기 때문에 강유전체 특성이 향상됐다.

최창환 교수는 “강유전체박막 재료 세션에 채택된 총 8편의 논문 중 기업 5편, 대학 3편이며, 국내 대학은 한양대 연구팀이 유일하다”며 “순수 대학연구로 발표하는 것은 매우 이례적이고 이번 연구는 고단화와 MLC 구현이 가능한 강유전체 박막 기반 3차원 플래시 메모리소자 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.


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