"우주에서의 AI 및 초안정성 자율주행 시스템에 적합"
한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)은 전기및전자공학부 윤준보 교수 연구팀이 나노종합기술원(원장 이조원) 강민호 박사와의 협업을 통해 방사선에 강하고 프로그래밍 에너지가 낮은 나노 전자 기계식 비휘발성 메모리 소자를 세계 최초로 개발했다고 28일 밝혔다.
윤 교수 연구팀에 따르면 이번 메모리 소자는 나노 전자 기계 기술(NEMS)을 활용해 고에너지 방사선에도 강하며, 일반적인 비휘발성 플래시 메모리보다 3만배 이상 프로그래밍 에너지가 낮고 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 유지할 수 있다.
연구팀은 반도체 메모리를 사용하는 대신 나노 크기의 매우 작은 기계 구조에 전기 신호를 가함으로써 나노 기계 구조체가 실제로 움직여서 하부 전극에 붙고 떨어지는 방식을 사용했다고 전했다. 또 매우 낮은 프로그래밍 에너지를 달성하기 위해 파이프-클립 스프링 구조와 구부러진 외팔보 구조로 구성된 상부 전극을 도입했다. 특히 파이프-클립 모양의 나노 기계 구조에 전류를 가해 열을 내는 구동 방식을 통해 프로그램된 구조체가 초기 상태로 복구할 수 있도록 했다.
나노종합기술원의 반도체 장비 및 시설 인프라를 활용해 8인치 웨이퍼 수준의 대면적 기판에 신뢰적으로 소자를 제작, 프로그래밍 에너지가 매우 낮은 수준이라는 것을 확인했다. 또 누설 전류 증가, 동작 전압 변화, 비트 오작동 등의 성능 저하 없이 우수한 내방사선 특성을 보였다고 전했다.
제1 저자인 이용복 KAIST 전기및전자공학부 박사과정은 “해당 기술은 우주 환경에서의 인공지능(AI), 초안정성 자율주행 시스템 등 내방사선과 높은 에너지 효율성이 필요한 다양한 미래 응용 분야에서 핵심 기술이 될 것”이라며 “세계 차세대 반도체 시장에서 메모리 원천 기술을 선도할 수 있도록 기여하고 싶다”고 말했다.
이번 연구는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈' 2023년 1월호에 출판됐다. 한국연구재단의 차세대지능형반도체기술개발사업과 삼성전자의 지원을 받아 수행했다.