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이준희 UNIST 교수, 반도체 용량 1000배 높일 이론 발표

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이준희 UNIST 교수, 반도체 용량 1000배 높일 이론 발표

"원자간 탄성 작용 상쇄하는 물리 현상 반도체에 적용해 미세화·용량 확대 가능"

이준희 UNIST 교수. 사진=삼성 제공이미지 확대보기
이준희 UNIST 교수. 사진=삼성 제공
국내 연구진이 메모리 반도체 용량을 획기적으로 높일 수 있는 기술 이론을 발표했다.

삼성전자는 삼성미래기술육성사업이 지원한 이준희 울산과학기술원(UNIST) 에너지·화학공학부 교수팀이 차세대 메모리 반도체 집적도를 1000배 이상 향상 시킬 수 있는 이론과 소재를 발표했다고 3일 밝혔다.
이 연구는 2일(미국 현지시간) 세계적인 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다.

사이언스에 순수 이론 논문이 게재되는 경우는 극히 드문 사례로 국내 연구팀 단독으로 진행한 이번 연구가 이론적 엄밀성과 독창성, 산업적 파급력을 인정 받아 게재됐다.

◇원자간 탄성 작용을 상쇄시키는 물리 현상을 발견해 반도체에 적용


삼성에 따르면 그동안 반도체 업계는 소자 미세화를 통해 단위 면적당 집적도를 높여 왔다.

그러나 데이터를 저장하려면 탄성으로 연결된 수 천 개 원자 집단 '도메인'이 반드시 필요해 크기를 한없이 줄일 수 없는 한계가 있다.

반도체 소자가 한계 수준 이하로 작아지면 정보를 저장하는 능력이 사라지는 '스케일링(Scaling)' 이슈 현상이 발생하기 때문이다. 이렇게 되면 반도체 기본 작동 원리인 0과 1을 제대로 구현할 수 없다.

이 교수 연구팀은 '산화하프늄(HfO₂)'이라는 반도체 소재의 산소 원자에 전압을 가하면 원자간 탄성이 사라지는 물리 현상을 새롭게 발견하고 반도체에 적용해 저장 용량 한계를 돌파하는 데 성공했다.

이 현상을 적용하면 개별 원자를 제어할 수 있고 산소 원자 4개에 데이터(1bit) 저장이 가능해진다는 게 삼성전자 측 설명이다.

◇메모리 반도체 0.5nm까지 미세화·집적도 1000배 이상 향상 가능

산화하프늄은 현재 메모리 반도체 공정에서 흔히 사용하는 소재다.

삼성전자는 이 소재를 적용하면 스마트폰, 태블릿 등 다양한 제품 메모리 성능을 한층 끌어올릴 수 있어 산업계에 파급이 클 것으로 예상하고 있다.

특히 연구팀은 이번 연구 결과를 적용하면 반도체 소형화때 저장 능력이 사라지는 문제점도 발생하지 않아 현재 10nm 수준에 멈춰 있는 반도체 공정을 0.5nm까지 미세화 할 수 있어 메모리 집적도가 기존 대비 약 1000배 이상 향상될 것으로 예상했다.

이 교수는 "개별 원자에 정보를 저장하는 기술은 원자를 쪼개지 않는 범위 내에서 최고의 집적 기술"이라며 "이 기술을 활용하면 반도체 소형화가 더욱 가속화 될 것으로 기대된다"라고 말했다.

이번 연구는 2019년 12월 삼성미래기술육성사업 과제로 선정돼 연구 지원을 받고 있으며 과학기술정보통신부 미래소재디스커버리 사업 지원도 받아 수행됐다.

한편, 삼성미래기술육성사업은 국가 미래 과학기술 연구 지원을 위해 2013년부터 10년간 1조5000억 원을 지원할 예정이며, 지금까지 589개 과제에 7589억 원의 연구비를 집행했다.


오만학 글로벌이코노믹 기자 mh38@g-enews.com