빈 공간·원자 상호작용 이용한 새 메모리 기술 개발

UNIST·울산대 연구…"반도체보다 효율높고 발열없는 메모리 소자 구현 가능"

울산과학기술원(UNIST)과 울산대학교 공동연구진이 기존의 반도체 저항 변화가 아닌 '유전율'(Permittivity)을 이용해 정보를 저장하는 기술을 처음 개발했다.

19일 UNIST에 따르면 물리학과 오윤석 교수 연구팀과 울산대 물리학과 김태헌 교수 연구팀은 '0차원 공허'(텅 비어 있는 공간)와 '물질' 사이의 상호작용이 물질의 유전율 크기를 변화시킬 수 있음을 발견했다.

또 이런 상호작용을 제어해 유전율이 각기 다른 다중 상태로 제어되는 새로운 메모리 기술을 세계 최초로 개발했다.

유전율은 전기장의 영향을 받아 분극이 일어난 정도를 뜻하는 물리량이다.

전기가 안 통하는 물질이라도 전기장에 두면 물질 내부에 무질서하게 놓여 있던 전기쌍극자가 정렬하는데, 유전율은 그 반응 정도가 얼마나 민감한지 나타내는 것이다.

공동연구팀은 새로운 강유전체(Ferroelectrics) 박막을 개발해 0차원 공허를 만들었다.

이 박막은 오윤석 교수팀에서 개발한 새로운 웨이퍼(Wafer) 소재인 '바륨지르코늄 산화물 단결정' 위에 김태헌 교수팀이 '티탄산바륨' 박막을 증착하는 방식으로 제작됐다.

오 교수팀이 개발한 바륨지르코늄 산화물의 격자상수(똑같은 형태와 구조의 분자가 모여 있는 결정 안의 원자 간 가로, 세로, 높이와 같은 간격)는 4.189옹스트롬(Å·100억분의 1ｍ)으로 기존 웨이퍼 대비 압도적으로 큰 크기다.

이처럼 압도적으로 큰 격자상수는 티탄산바륨 박막에 0차원 공허를 만드는데, 이렇게 형성된 0차원 공허와 주변 원자들 사이의 상호작용이 박막 소재의 유전율 크기를 바꾸게 된다.

유전율을 메모리 정보에 사용하면 저항 변화를 이용하는 반도체 메모리보다 에너지 효율이 높고 발열이 없는 메모리 소자 구현이 가능하다고 연구팀은 설명했다.

또 1과 0만 쓰는 이진법 메모리보다 다양한 조합이 가능해 '다진법 메모리' 구현도 할 수 있다.

0차원 공허 주변에만 형성된 양자 스핀은 양자 정보로도 활용할 수 있다.

오 교수는 "이번 연구에서 직접 개발한 소재 기술 덕분에 0차원 공허가 주변 원자 분극에 미치는 영향을 통제하고 체계적으로 제어해 새로운 유전율 메모리 소재를 구현할 수 있었다"며 "이를 활용하면 전통적인 반도체 소재와 전혀 다른 새로운 방식의 메모리 소재나 소자 개발이 가능하다"고 말했다.

연구 결과는 응집물질 물리학 분야 저널인 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials)에 7일 자로 공개됐다.

/연합뉴스