▲ RGO 기반 ReRAM의 동작 메커니즘 개념도.

국내 연구진이 환원 그래핀 산화물의 우수한 전기 광학적 특성을 살려 가시광선을 80% 이상 투과시키는 투명 메모리 소자 제작기술을 개발했다.

고려대 전기전자공학부 김태근 교수가 주도하고 김희동 박사(제 1저자) 등이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약) 등의 지원으로 수행됐다. 이번 연구결과는 네이처 자매지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)지 4월9일자 온라인판에 게재됐다.

환원 그래핀 산화물(RGO, Reduced-Graphene Oxide)은 그래핀의 한 종류로서, 그래핀 산화물(Graphene Oxide)의 화학적 환원과정을 통해 대부분의 산소가 제거된 그래핀이다. 반도체(또는 도체)로 제작이 용이하며 특히 원자 한 개 두께의 막이기 때문에 매우 투명해 전기 광학적 소자로의 응용이 기대되고 있다.

이러한 재료적 유연성과 광학적 장점을 지닌 그래핀 산화물을 이용한 메모리 소자를 구현하려는 연구가 활발하나 실제 소자 응용을 위해 필요한 신뢰성과 하나의 메모리 소자 당 1 비트 이상의 정보를 저장하는 기술인 다중 정보저장을 위한 멀티-레벨 특성 구현에 대한 고려가 부족한 상황이었다.

연구팀은 환원 그래핀 산화물을 이용, 초기에 소정의 전압이 인가돼야 하는 번거로운 포밍 과정 없이도 저항 스위칭이 가능한 투명하면서도 다중 정보저장 기능을 갖는 저항변화 메모리를 구현해 냈다.

투명 노트북 같은 대용량의 정보저장이 필요한 미래형 전자소자의 핵심기술로 차세대 투명 전자기기 개발에 기여할 것으로 기대된다.

실제 개발된 소자는 상·하부 전극의 종류와 두께 제어 등을 통해 최적의 소자 특성을 확보할 수 있었으며, 10만회 이상의 시험구동을 통과하고 85℃고온 환경에서도 10만초 이상 정보저장 능력을 보여 메모리 소자로서의 가능성을 확인됐다.

한편 초기 저항변화 물질은 저항 스위칭 특성을 보이지 않기 때문에, 소정의 전압을 인가하여 저항 스위칭이 가능하게 소자를 활성화 시키는 과정인 포밍 과정에서 발생하는 소자의 열화 현상을 해결할 수 있다는 것도 장점이다.

김 교수는 “반도체 물질의 새로운 도약을 이끌고 있는 그래핀을 이용하여 우수한 전기적, 광학적 특성을 보인 이번 연구결과는 미래 투명 전자 기기 산업에 반드시 필요한 투명 메모리 소자 구현 기술을 선점했다는데 의의가 있다”고 밝혔다.