▲ (좌측) 제작된 소자의 모식도 (하단) 및 실제 소자의 전자현미경 사진 (상단). 아래 그림 (우측) 산화아연 물질의 화학 구조도 및 산화아연 내에 은 이온의 위치를 보여 주는 그림. .

국내 연구진이 은(Ag)을 이용해 누설전류를 최소화 하는 반도체 스위치 소자를 개발했다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 이장식 포항공대 교수 연구팀이 전기화학증착법을 이용해 산화아연(ZnO) 물질에 적정량의 은(Ag)을 첨가함으로써 전류의 흐름을 끊거나 흐르게 할 수 있는 저항값이 10억배가 높아진 반도체 스위치 소자를 개발했다고 지난 16일 밝혔다.

기존 플래시메모리 소자의 미세화 공정이 한계에 다다르면서 이를 해결하기 위한 차세대 메모리 소자가 각광받고 있다. 그 중 저항변화메모리 소자는 단순한 구조로 저항을 조절해 정보를 저장하며 읽고 빨리 읽는 장점을 가지고 있다.

이를 소형화된 모바일 기기에 적용하기 위해서는 메모리 소자를 3차원 적층구조로 만들어야 하는데 저항변화메모리소자는 단순한 구조로 3차원 제작에 적격이지만 제작시에 따라오는 누설전류 문제가 있어 이를 해결해야할 필요성이 있었다.

이에 연구진은 메모리 소자의 전력소모를 최소화하기 위해 전기화학증착법을 이용하여 산화아연 물질에 적정량의 은을 첨가했다. 개발된 스위치 소자는 반도체 소자의 안정성이 유지되도록 하는 ‘은’의 적정한 농도를 찾음으로써 이루어졌다.

이를 통해 전류가 거의 흐르지 않는 부도체 영역에서 전류가 아주 잘 흐르는 도체 영역까지 약 10억배의 저항 차이를 보이는 소자를 개발할 수 있었다.

이는 기존 약 만배 정도의 차이를 보인 결과보다 크게 향상된 것이다. 저항값의 차이가 커질수록 반도체 소자의 전원을 켜고, 끌 수 있는 효율이 높아진다. 그만큼 전류의 흐름을 효과적으로 제어할 수 있어 전력소모를 크게 줄일 수 있게 된다.

이장식 교수는 “이 연구는 은을 사용해 전류의 흐름을 제어하고, 효과적으로 누설전류를 줄일 수 있는 새로운 반도체 스위치 소자를 처음으로 개발한 것이다”라고 밝혔다.

이어 “대면적으로 균일하게 만들 수 있고, 안정된 특성이 뒷받침된다면 휴대폰 등에 사용될 차세대 메모리, 많은 전류 공급이 필요한 전력반도체, 시냅스 소자 연구 등에 필요한 뉴로모픽 소자 등에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다.

한편, 이 연구성과는 미래창조과학부·한국연구재단의 기초연구사업(개인연구), 원천기술개발사업(미래소재디스커버리사업)의 지원으로 수행했다. 네이처 자매지인 엔피지 아시아 머티리얼즈 (NPG Asia Materials) 2월 24일자에 게재됐다.