KAIST, 차세대 초저전력 상변화 메모리 소자 개발

[이데일리 강민구 기자] 기존 메모리를 대체해 뉴로모픽 컴퓨팅 구현에 쓸 수 있는 메모리 소자가 개발됐다.

(왼쪽부터)최신현 KAIST 전기전자공학부 교수, 박시온 석박사통합과정, 홍석만 박사과정.(사진=KAIST)

한국과학기술원(KAIST)은 최신현 전기전자공학부 교수 연구팀이 디램(DRAM)과 낸드(NAND) 플래시 메모리를 대체할 수 있는 초저전력 차세대 상변화 메모리 소자를 개발했다고 4일 밝혔다.

기존 상변화 메모리는 비싼 초미세 반도체 노광공정을 통해 제작하는데 소모 전력이 높았다. 연구팀은 상변화 물질을 전기적으로 극소 형성하는 방식을 통해 만든 초저전력 상변화 메모리 소자로 이러한 장비 없이 나노미터(nm) 규모의 상변화 필라멘트를 자체적으로 형성하게 만들어 공정 비용을 줄이고, 초저전력 동작을 할 수 있다.

현재 주로 쓰는 DRAM은 속도가 빠르지만, 전원이 꺼지면 정보가 사라지는 휘발성이 있다. 반면 저장장치로 쓰는 낸드 플래시 메모리는 읽기·쓰기 속도는 상대적으로 느린 대신 전원이 꺼져도 정보를 보존하는 비휘발성이 있다.

상변화 메모리는 이러한 메모리들의 장점을 모두 가진 차세대 메모리다. 속도가 빠르면서 비휘발성이다. 상변화 메모리는 기존 메모리를 대체할 수 있는 차세대 메모리로 각광받으며, 메모리 기술과 인간 두뇌를 모방하는 뉴로모픽 컴퓨팅 기술로 연구되고 있다.

기존 상변화 메모리는 소비 전력이 높아 실용적인 대용량 메모리 제품이나 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템을 구현하기 어려웠다. 연구팀은 상변화 메모리의 소비 전력 문제를 해결하기 위해 상변화 물질을 전기적으로 극소 형성하는 방식으로 기존 초미세 노광공정을 이용한 상변화 메모리 소자보다 소비 전력이 15배 이상 작은 초저전력 상변화 메모리 소자 구현했다.

최신현 교수는 “초저전력 상변화 메모리 소자는 기존 연구 방향과는 완전히 다른 방식으로 기존에 풀지 못했던 숙제인 제조비용과 에너지 효율을 개선한 소자를 개발했다는 의미가 있다”라며 “물질 선택이 자유로워 고집적 3차원 수직 메모리, 뉴로모픽 컴퓨팅 시스템 등에 응용해 미래 전자공학의 기반이 될 것으로 기대한다”라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’ 4월호에 4일자로 출판됐다.

초저전력 상변화 메모리 소자 개념도와 기존 상변화 메모리 소자 대비 초저전력 상변화 메모리 소자의 소비 전력 감소 비교.(자료=KAIST)