상온에서 탄소나노튜브를 이용한 비휘발성 메모리소자의 작동이 국내 연구진에 의해 처음으로 확인됐다.
이번에 개발된 기술이 테라급 반도체 메모리 등 차세대 반도체 개발에 적용되면 세계 반도체 시장을 주도하는데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
삼성종합기술원 최원봉 연구팀은 상온에서 탄소나노튜브를 이용한 비휘발성 메모리 소자가 작동한다는 사실을 확인했으며 이를 통해 차세대 메모리 소자로서의 가능성을 제시했다고 14일 밝혔다.
이는 탄소나노튜브의 메모리 소자응용에 대한 실용화에 전기를 마련한 것으로 평가를 받고 있다. 비휘발성 메모리는 전원이 켜있지 않은 상태에서도 메모리의 내용을 유지할수 있는 기억장치로 사용되는 메모리를 말한다.
D램을 포함한 기존 메모리들은 앞으로 4~5년 이내에 전하를 충전하는 캐퍼시터의 특성 한계와 메모리 특성열화로 인해 더 이상 고집적화하기에 어려운 것으로 알려져 있다. 이에 따라 2010년께는 실리콘을 이용한 메모리 소자는 한계에 이르게 될 것으로 추정되고 있다.
이를 대체할 새로운 개념의 메모리 소자들의 연구개발이 활발히 진행되고 있는데 그 중 탄소나노튜브를 이용한 반도체 소자가 가장 두각을 나타내고 있다.
탄소나노튜브는 직경이 수십 나노미터(10억분의 1m)의 튜브형 소재로 열전도율이 높아 안정적이며 전기전도도가 기존의 금속에 비해 월등히 높은 특성을 갖고 있어 반도체 소자에 응용되면 낮은 전력으로도 구동이 가능하다.
최박사 연구팀은 메모리 소자의 구조를 탄소나노튜브 위에 ONO(oxide-nitride-oxide)박막으로 쌓아서 메모리노드의 역할을 하도록 했다. 채널 역할을 하는 탄소나노튜브의 나노크기로 인하여 메모리노드내에 나노크기의 전기장이 형성됐으며 이것이 비휘발성 메모리를 효과적으로 작동시킨다는 사실을 규명했다.
기존에 발표된 연구는 산화물 한개층만을 이용한 것으로 실용화하기에 어려웠으나 이번 연구 결과는 실제 메모리에 적용이 가능한 ONO막을 사용해 실용화가 용이한 장점을 갖고 있다. 메모리 저장기간도 10년이상 가능할 것으로 기대된다.
특히 이번 결과는 실리콘 단전자 메모리 개발과제에서 연구하고 있는 ONO 박막기술을 탄소나노튜브 소자에 도입한 것으로, 삼성종합기술원에서 추진하고 있는 융합과 시너지 정책의 성과라고 할 수 있다.
이번에 개발한 기술이 테라급 반도체 메모리와 시스템 온칩(System On Chip) 등 차세대 반도체에 적용될 경우 새로운 나노소자 시장의 창출과 메모리 시장의 대체를 통해 2010년에는 l조달러로 추산되는 세계 반도체 시장 전체를 주도하는데 결정적 역할을 할 것으로 기대된다.
이번 연구결과는 지난해 9월 스페인에서 열린 나노기술의 경향에 관한 국제학회에 발표돼 큰 호응을 얻었으며 세계적인 권위지인 어플라이드 피직스 레터 1월 13일자에 실렸다.
<연성주기자 sjyon@sed.co.kr>
