KIST, 비파괴 판독형 불휘발성 반도체소자 개발

D램 반도체를 대체할 새로운 반도체 소자가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 박원훈)은 불휘발성 초고집적 기억소자의 단위소자가 되는 「비파괴 판독형(NDRO:Non Destructive Read out) 불휘발성 트랜지스터」를 독자 기술로 개발, 기존 D램은 물론 EEP롬 및 플래시메모리 시장을 대체할 수 있는 길을 열었다고 23일 밝혔다.

KIST 정보전자연구부 김용태 박사팀이 지난 95년부터 3년간 총 1억원의 연구비를 투입해 개발에 성공한 신소자는 알루미늄(백금)-스론튬-비스무트-탄탈(니오븀)산화물-세륨(이트륨망간)산화물-실리콘 구조로 된 반도체 단위소자(트랜지스터)로, 한 개의 트랜지스터만으로도 초고집적 불휘발성 기억소자의 단위소자로 사용이 가능하기 때문에 구조가 간단하며 기억재생 동작 없이 정보를 1백억번 이상 반복해 읽고 쓸 수 있다.

특히 3∼5V의 저전압에서도 1∼3V 때보다 큰 기억창(신소자의 ON/OFF를 결정하는 전압)을 확보할 수 있으며 트랜지스터의 전원이 켜져 있을 때와 꺼져 있을 때의 전류차가 1천만배 이상으로 신호분리가 훨씬 용이해진 것이 특징이다.

김 박사팀은 산화막을 변화시킨 새로운 구조를 개발, 적용함으로써 실리콘 기판상에 강유전체를 직접 성장시킬 때 전하주입에 의해 문턱 전압의 감쇠가 발생해 기억창이 좁아지는 자연산화막의 영향을 억제, 기억창을 3배 이상 넓혔으며 항전계 및 잔류 분극을 적절히 조절해 3V의 낮은 전압에서도 작동이 가능해져 실용화가 가능하게 됐다고 밝혔다.

연구팀은 이러한 특징을 새로운 게이트구조(MEtal-Ferroelectric-Insulator-Field Effect Transistor:금속-강유전체-절연체-반도체 전계효과트랜지스터)의 영문 첫 글자를 따 「MEFISFET」로 명명했다.

김 박사팀은 비파괴 판독형 불휘발성 트랜지스터 MEFISFET가 갖는 강유전체의 압전, 적외선 감지 등의 물리적 특성을 이용할 경우 미세한 압력과 적외선을 측정할 수 있는 새로운 센서로도 응용이 가능하며 초고집적화를 통해 실용화할 경우 노트북컴퓨터의 소형, 경량화는 물론 하드디스크 등 모든 기록매체를 대체할 수 있을 뿐 아니라 비접촉식 인식카드를 무선으로 정보를 판독해낼 수 있을 것으로 전망했다.

연구팀은 이번에 개발한 비파괴 판독형 불휘발성 트랜지스터 소자가 지금까지 알려진 불휘발성 소자보다 성능이 월등히 뛰어나며 이미 국내외 특허를 출원하고 연구결과를 일본, 독일, 미국 등 저명 학술지에 발표했다고 밝혔다.

꿈의 반도체 소자로 불리는 불휘발성 기억소자는 미국, 일본 등에서도 개발이 본격화하고 있는 첨단소자다.

<정창훈 기자>