| POSTECH , ‘꿈의 반도체 Fe램’ 개발 길 열었다 |
플래시 메모리보다 10배 이상 빠른 데이터 저장 속도, 10년 이상의 데이터 보존 기간, 3~5V의 낮은 동작 전압 사용 등의 조건을 갖고 있어 ‘꿈의 반도체’로 불리는 고집적 Fe램(통칭 F램)의 개발이 한층 앞당겨질 전망이다. 포스텍 BK21 지식산업형소재시스템사업단 신영한(辛泳翰ㆍ35세) 연구교수는 Fe램에 사용되는 강유전체 도메인(Ferroelectric Domain)의 동역학적 성질을 최초로 규명한 ‘강유전체 도메인 벽 움직임의 결정핵생성과 성장 메커니즘(Nucleation and growth mechanism of ferroelectric domain-wall motion)’ 논문을 세계적 과학 저널 ‘네이처(Nature)’ 18일자를 통해 공개했다. 메모리는 캐패시터(Capacitor)의 전하 저장여부에 따라 데이터를 인식하기 때문에 캐패시터를 어떤 물질로 사용하느냐에 따라 그 특성이 크게 달라진다. 차세대 반도체로 각광을 받고 있는 Fe램은 현재 사용되고 있는 D램과 거의 같은 구조로 되어 있지만, 캐패시터로 강유전체를 사용해 전원이 꺼져도 데이터를 보관할 수 있을 뿐 아니라 메모리 동작에 사용되는 전압도 낮출 것으로 기대되고 있다. 따라서 Fe램 개발의 관건은 Fe램의 핵심이라 할 수 있는 강유전체의 성질 규명에 달려 있었다. 하지만 지금까지 강유전체 도메인에 대한 연구들은 도메인 사이에 있는 벽(ferroelectric domain wall)의 이동에 필요한 에너지가 실제보다 지나치게 높아 최근 실험에서 밝혀지고 있는 강유전체의 동역학적 성질을 충분히 설명하지 못했다. 이에 따라 고집적 Fe램 생산에 대한 연구 역시 지체될 수밖에 없었다. 신영한 박사는 범밀도함수론, 분자동역학 시뮬레이션 등 다양한 수준의 접근을 통해 Fe램 내에서 도메인 벽의 움직임을 밝혀냈을 뿐 아니라 도메인 벽 주변의 작은 쌍극자(dipole)가 도메인 벽의 움직임을 원활하게 하는 중요한 역할을 한다는 사실도 규명해냈다. 또 Fe램의 메모리 저장과 삭제에 관계되는 도메인 벽에 형성되는 결정의 크기가 1.2nm(12Å)정도로 기존의 연구보다 5배 정도 작다는 것과 이 주변의 분극 분포의 퍼짐에 따라 도메인 벽 이동에 필요한 에너지가 낮아진다는 사실을 처음으로 밝혀냈다. 이 같은 연구결과는 Fe램이 메모리를 저장하고 지우는 속도가 기존의 모델보다 훨씬 빠르며, 메모리 저장과 삭제 시에 사용하는 에너지 역시 기존보다 낮다는 사실을 뒷받침하는 것이다. 한국과 미국, 일본 등 많은 국가에서 경쟁적으로 개발을 진행하고 있는 Fe램의 개발에 관련된 이번 성과는 지금까지의 Fe램보다 속도가 빠르고 집적도가 높은 메모리를 개발하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. |
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