초저전력으로 유연한 형태의 고집적 메모리 구현 기술이 개발됐다. 10V(볼트) 전압으로 구동된다. 웨어러블 전자기기 개발에 한층 탄력이 붙을 것으로 전망된다.
KAIST(총장 신성철)는 최성율 전기 및 전자공학부 교수, 임성갑 생명화학공학과 교수 등 공동연구팀은 원자층 두께로 얇은 이황화몰리브덴(MoS₂) 채널 소재와 고성능 고분자 절연막 소재를 이용한 고집적·초저전력 비휘발성 유연 메모리 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.
MoS₂는 고집적·초저전력 소자 구현이 가능, 실리콘을 대체할 것으로 기대되는 새로운 반도체 소재다. 매우 얇고 유연해서 웨어러블 전자 소재로 유용하다. 실리콘 소자에 나타나는 '단채널 효과'를 억제할 수 있다. 단채널 효과는 반도체 소자 크기를 줄이면 소자 특성이 나빠지는 현상이다.
지금까지 MoS₂는 소재 표면에 얇은 절연막을 균일하고 견고하게 증착시키기가 어려웠다. 소재 원자가 완전한 구조를 띠고 있어 외부 화학 반응성이 떨어져 기존의 원자층 증착 장비로는 얇은 절연막을 구성하기 어려웠다. 고분자 절연막의 두께를 10나노미터(㎚) 이상으로 늘려야 하기 때문에 저전압 구동도 불가능했다.
연구팀은 '개시제를 이용한 화학 기상증착법(iCVD)'을 이용해 고성능의 고분자 절연막을 개발, 문제를 해결했다. iCVD는 반응을 유발하는 개시제와 단위체를 기체 상태로 만들어 기상에서 고분자 반응이 일어나게 하는 공정 방식이다. iCVD를 이용하면 표면 특성과 관계없이 고분자 박막을 얇게 증착시킬 수 있다.
연구팀은 MoS₂ 반도체 소재 위에 10㎚ 두께의 고분자 절연막이 균일하고 견고하게 증착되고, 이를 이용한 소자가 10V의 낮은 전압에서 구동되는 것을 확인했다. 기존 MoS₂ 반도체 메모리 소자는 20V 이상의 전압으로 구동한다.
최성율 교수는 “4차 산업혁명의 근간인 반도체 소자 기술은 저전력성, 유연성 등 기능을 갖춰야 한다”면서 “소자에 다양한 기능을 더하는 소재, 공정, 소자 원천 기술을 개발했다”고 설명했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
