‘꿈의 반도체’ Fe램 개발 길 열렸다

‘꿈의 반도체‘로 불리는 Fe램에 사용되는 강유전체 도메인의 동역학적 성질을 처음으로 규명한 포스텍 신영한 교수. 연합뉴스

포스텍 신영한 교수 관련논문 네이처지 발표

포스텍(포항공과대학교)은 BK21 지식산업형소재시스템사업단의 신영한(35) 교수가 '꿈의 반도체'로 불리는 Fe램에 사용되는 강유전체 도메인의 동역학적 성질을 처음으로 규명했다고 17일 밝혔다.

이번 성과로 플래시 메모리보다 10배 이상 빠른 데이터 저장 속도, 10년 이상의 데이터 보존 기간, 3-5V의 낮은 동작 전압사용 등으로 '꿈의 반도체'로 불리는 고집적 Fe램(통칭 F램)의 개발이 한층 앞당겨질 전망이다.

메모리는 캐패시터(Capacitor)의 전하 저장여부에 따라 데이터를 인식하기 때문에 캐패시터를 어떤 물질로 사용하느냐에 따라 그 특성이 크게 달라지게 된다.

차세대 반도체로 각광받는 Fe램은 현재 사용되는 D램과 거의 같은 구조로 돼 있지만 캐패시터로 강유전체를 사용해 전원이 꺼져도 데이터를 보관할 수 있을 뿐 아니라 메모리 동작에 사용되는 전압도 낮출 것으로 기대되고 있다.

신 교수가 강유전체 도메인의 동역학적 성질을 규명한 '강유전체 도메인 벽 움직임의 결정핵생성과 성장 메커니즘' 논문은 세계적 과학저널인 '네이처'지 18일자에 게재됐다.

신 박사는 또 범밀도함수론, 분자동역학 시뮬레이션 등 다양한 접근을 통해 Fe램 내에서 도메인 벽의 움직임과 도메인 벽 주변의 작은 쌍극자(dipole)가 도메인 벽의 움직임을 원활하게 하는 중요한 역할을 한다는 사실도 규명해냈다.

이와함께 Fe램의 메모리 저장과 삭제에 관계되는 도메인 벽에 형성되는 결정의 크기가 1.2nm(12Å)정도로 기존의 연구보다 5배 가량 작다는 것과 이 주변의 분극 분포의 퍼짐에 따라 도메인 벽 이동에 필요한 에너지가 낮아진다는 사실도 밝혀냈다.

이같은 연구결과는 Fe램이 메모리를 저장하고 지우는 속도가 기존의 모델보다 훨씬 빠르고 메모리 저장과 삭제 시에 사용하는 에너지 역시 기존보다 낮다는 사실을 뒷받침하는 것이라고 대학측은 설명했다.

포스텍 관계자는 "한국과 미국, 일본 등 많은 국가에서 경쟁적으로 개발중인 Fe램과 관련된 이번 성과는 기존의 Fe램보다 속도가 빠르고 집적도가 높은 메모리를 개발하는 데 활용될 것으로 기대된다"고 말했다.

임상현 기자 [e-mail] (포항=연합뉴스)