NEWS 2001년11월

포항공대 장현명 교수팀,
차세대 반도체 메모리 F램 소자 개발

차세대 반도체 메모리 소자인 F램 PZT 박막 소자의 치명적 결함인 전기적 피로현상을 완전히 해결한 획기적 성능의 메모리 소자가 국내 연구진에 의해 처음으로 개발됐다.

포항공대 신소재공학과 장현명 교수(49) 연구팀은 최근 백금 전극상에서 솔-젤 및 펄스레이저증착(PLD)법 등으로 만든 PZT(Pb(Zr, Ti)O₃) 계열의 커패시터(소재·소자)를 이용, 약 650억회의 반복적인 쓰기·읽기 동작에도 정보가 손실되지 않는 비휘발성 강유전 메모리 소자인 F램을 개발했다고 최근 밝혔다.

과학기술부의 국가지정연구실사업 지원으로 이번에 개발된 F램은 빠른 교류 전기장에 의해 원자 사이에 유도되는 전기 쌍극자의 방향성을 이용하는 메모리 소자로, 전기 쌍극자 벡터가 양의 방향일 때 ‘1’, 음의 방향일 때 ‘0’으로 대응시켜 이진법에 의해 정보를 기록·재생하는 차세대 메모리 방식이라고 연구팀은 설명했다.

PZT 커패시터는 한번 저장된 정보가 지워지지 않는 비휘발성, 저전압 작동성, 고속 정보처리 속도(1000만분의 1초), 무제한 정보기록 등의 장점으로, 기존의 D램 소자나 플래시 메모리를 대체할 차세대 메모리 소자인 F램의 주된 후보로서 현재 삼성전자·도시바·히타치 등 세계 유수의 반도체 제조업체들이 치열한 개발 경쟁을 벌여왔다. 그러나 수백만번 이상의 쓰기·읽기 동작 이후에는 저장된 정보가 급속히 손실되는, 이른바 전기적 피로현상 문제로 개발에 어려움을 겪어왔다.

장 교수팀이 이번에 개발한 극미세 PZT 커패시터는 실리콘 반도체, 백금 전극과 강유전 PZT 박막 사이에 약 40나노미터(1나노미터=100만분의 1㎜) 두께의 씨앗층을 도입, 전기적 피로현상을 완벽하게 해결했을 뿐만 아니라 한번 쓰인 정보가 시간의 경과에도 불구하고 손실없이 유지되는 특성인 전하 보유능력도 기존의 PZT 커패시터에 비해 탁월한 것으로 평가되고 있다.

장 교수는 “이같은 아이디어에 의해 현재까지 4종류 이상의 PZT계 신물질 박막을 개발했고, 이들 모두 F램 메모리 소자로서 탁월한 성능을 지녔음을 실험을 통해 확인했다”고 밝혔다.
포항공대 연구팀의 이 같은 연구성과는 현재 D램 반도체 메모리 분야에서 경쟁력을 확보하고 있는 우리나라가 향후 F램 시대에도 반도체 메모리 분야에서 세계 수준의 경쟁력을 확보할 수 있는 원동력이 될 것으로 기대된다.

한편 연구팀의 연구결과는 응용물리 분야의 세계적 권위지인 ‘어플라이드 피직스 레터스(Applied Physics Letters)’에 모두 4편의 논문으로 정리돼 발표될 예정이며, 이에 대한 초기 연구결과는 최근 동 학술지 8월호(8월 13일자)에 게재됐다.