입력된 정보를 기존 플래시 메모리에 비해 10배 이상 빠르게 처리(100나노초) 할 수 있는 플래시 융합 메모리가 국내 연구진에 의해 처음으로 개발되었다.

고려대 김태근 교수가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터(Science Research Center: SRC) 사업과 해외우수연구소유치사업 등의 지원을 받아 수행되었다.

이번 연구 결과는 전기전자분야의 권위 있는 학술지인 ‘미국 전기전자 학회지(IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES)’ 10월호(10월 1일)에 게재되었고, 원천특허 3건과 관련특허 7건도 함께 출원되었다.

이번에 개발된 차세대 플래시 융합메모리는 전하를 포획하여 부도체 물질에 저장하는 기존의 CTF 방식의 장점과(고집적, 기존 반도체 공정과의 호환성)과 차세대 비휘발성 메모리의 한 종류인 Re램 소자의 장점(초고속, 저전압)을 결합하여, 전하포획 플래시(CTF, Charge Trap Flash) 메모리 : 전하를 기존의 도체가 아닌 부도체 물질에 저장하는 방식으로, 새로운 반도체 나노공정을 이용해 개발한 비휘발성 메모리이며, CTF 메모리에 비해 소자 크기와 정보저장의 신뢰성은 그대로 유지하면서도, 정보의 기록.삭제 동작을 기존의 터널링 방식이 아닌, 저항변화물질의 온-오프 스위칭 방식을 이용하여, 상대적으로 낮은 동작전압(10V 이하)으로 메모리 소자의 정보처리 속도를 10배 이상 향상시킬 수 있었다.

더불어 기존의 CTF 메모리 공정기술과 시설을 그대로 이용할 수 있어, 개발기간을 단축할 뿐만 아니라 추가비용도 필요하지 않아 산업체로의 기술이전이 용이하다.

이번 개발은 기존의 CTF 방식이 유비쿼터스용 정보저장매체(예시: 스마트폰, 디지털카메라)로 활용되는데 발생하는 기술적 한계를 극복하였다는 데 의의를 둘 수 있으며, 미래 사회에 필요한 반도체 원천기술 선점으로 향후 산업적 활용도 크게 기대할 수 있게 되었다.

지금까지 CTF 메모리는 셀 크기가 작아짐에 따라 소자가 과도하게 뜨거워지고 저장용량이 감소하는 문제, 전하 제어의 어려움 등이 한계로 지적되어 왔으며, 터널링 방식으로 정보를 처리함에 따른 속도 제한 문제점도 있었다.

이번 연구팀이 개발한 차세대 플래시 융합 메모리는 높은 동작전압(10~15V)을 요구하는 기존 방식(터널링) 대신에, 낮은 동작전압(5~10V)에서 Re램 물질의 저항변화에 따른 전도-비전도 방식으로 소자를 온-오프하여, 소자의 열화문제를 해결하는 동시에 동작속도를 크게 향상시켰다.

연구팀의 이번 연구결과로 기존의 CTF 메모리의 문제점들이 해결되면서, 디지털카메라, 개인휴대단말기(PDA) 등 정보저장 및 처리장치에 다각적으로 활용될 전망이다.

김태근 교수는 “이번에 개발된 기술은 단순히 2개의 소자나 기능을 물리적으로 융합한 형태가 아니라, 1개의 트랜지스터 기반의 CTF 구조를 그대로 이용하면서, 삽입된 저항변환물질의 상태변화를 통해 전하를 질화막 내에 빠르게 주입(또는 소거)하는 방식으로, 기존 메모리의 단점을 해결하는 등 원천기술로서 매우 의미가 크다.

또한 이 기술은 현재 사용하고 있는 공정기술을 그대로 사용할 수 있어 실용성이 크고, 향후 IT제품 등에 폭넓게 사용될 수 있을 것으로 기대한다”고 연구의의를 설명하였다.

제30회 세계반도체물리학회(ICPS) 조직위원장인 세계반도체물리학회(ICPS, 2010.7.25~30, 서울) 조직위원장인 강태원 동국대 석좌교수는 “현재 40나노미터라는 크기의 한계에 부딪힌 CTF 기술의 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 혁신기술로, 학술적 의의뿐만 아니라 산업적 영향력도 매우 클 것으로 기대된다.

기술의 완성도가 높아 적극적인 투자가 이루어진다면, 향후 5년 이내 상용화될 것으로 전망된다”라고 밝혔다.