고려대, 3차원 나노포러스 구조체 이용 메모리 제작 성공

고려대학교(총장 염재호) KU-KIST 융합대학원 왕건욱 교수 연구팀이 탄탈륨 옥사이드 (Ta2O5−x) 와 그라핀 (Graphene)을 이용하여 메모리 셀들을 트랜지스터 없이 독립적으로 구동 시킬 수 있는 3차원 나노포러스 구조체 기반의 Selector-less 메모리 제작에 성공했다.

* Selector-less 메모리: Resistive Random Access Memory (ReRAM)을 크로스바 (Crossbar)구조, 즉 고차원으로 집적시키기 위해서는 메모리 셀간의 상호 작용 (Cross-talk)을 억제 시킬 수 있는 어드레싱 소자 (Addressing devices: 다이오드, 셀렉터, 또는 트랜지스터)가 필수적이다. Selector-less 메모리는 이러한 추가적인 어드레싱 소자 없이 셀간의 상호 작용을 억제 시킬 수 있으므로, 소자 구조의 단순성, 공정 비용/수율, 저온 공정 측면에서 장점을 가질 수 있다.

이번 연구결과는 세계최고 권위의 학술지인 Nano Letters 온라인판 8월 4일자에 게재됐다.(논문명 : Three-Dimensional Networked Nanoporous Ta2O5−x Memory System for Ultrahigh Density Storage)

고려대 (왕건욱) 과 라이스대 대학 (James M Tour) 연구팀은 양극 산화 방법 (Anodization process)이용하여 세계 최초로 3차원 네트워크 형태의 나노포어 탄탈륨 옥사이드 (Ta2O5−x) selector-less 메모리 소재 및 소자를 개발했다.

* 양극 산화 방법 : 금속 표면의 산화층을 증가 시키는 방법 중 하나로 전해질 (electrolyte)내에 양극 (Anode)와 원하는 금속 소재를 연결하고, 전압과 전류를 걸어주면 포러스 형태의 금속 산화물이 금속 표면에 형성되어짐

이번 연구에서 개발한 3차원 네트워크 형태의 나노포어 탄탈륨 옥사이드 (Ta2O5−x)를 이용하여 저항 변화 메모리로 응용한 결과, 어드레싱 소자 없이 ~162 Gbit까지 이 소재로 집적화 시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 지금까지 보고된 대부분의 산화물 기반 메모리는 셀 간의 상대적으로 큰 누설 전류 (leakage current)로 인해 어드레싱 소자를 이용함에도 약 ~1 Mbit 의 메모리 용량을 한계가 있기 때문에, 이러한 접근 방법 및 고안된 소재는 고집적 메모리를 어드레싱 소자 없는 메모리를 만드는데 유용하게 활용할 수 있을 것으로 보인다.

왕건욱 교수는 “나노기술 및 소재 간 융합으로 이번에 제안된 소재 및 소자 구조는 지금까지 산화물 메모리가 가지는 집적도 보다 고집적으로 응용 될 수 있어서, 다음 세대 메모리 응용분야에서 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다”고 의의를 밝혔다.