국내 연구진이 낮은 전압과 저렴한 공정으로 개발할 수 있는 차세대 메모리 구현에 성공했다. 향후 AI 컴퓨팅 위한 고밀도, 고용량 메모리 개발에 신호탄이 될 것으로 보인다.

서울대 공대(학장 이건우)는 지난 25일 재료공학부 장호원 교수 연구팀(박사과정 최재호, 박승학 연구원)이 유무기 하이브리드 분자운동성 이온결정 소재인 메틸암모늄 납 요오드화물(CH3NH3PbI3)을 이용해 저전압 구동 저항변화 메모리 기술을 개발했다고 밝혔다.

최근 고집적 메모리를 개발하기 위한 연구가 진행 중이지만 기존의 메모리용 소재들은 구동전압이 높아 전력 소모가 많고 고가의 진공장비를 이용한 복잡한 공정 때문에 새로운 메모리용 소재 개발이 시급했다.

이에 장 교수 연구팀은 일체의 진공장비를 이용하지 않고 소재를 용액 형태로 합성하는 방법을 시도했다. 유무기 하이브리드 분자운동성 이온결정 소재 기반 박막기술로 균일하면서도 결정결함을 쉽게 제어할 수 있는 합성기술을 고안한 것이다.

이를 저항변화 메모리에 적용했더니, 기존 저항변화 메모리에 사용된 소재들의 높은 구동전압을 그대로 나타냈다. 또 0과 1만을 기억할 수 있는 낮은 저장밀도 문제를 혁신적으로 해결했다.

이와 함께 박막 내에서 결정 결함들이 외부 전기장에 의해 이동하여 박막의 저항을 변화시키는 메커니즘을 분석했다. 합성된 유무기 하이브리드 분자운동성 이온결정 소재에 있는 요오드 계열 결정 결함들은 극히 낮은 이동 에너지를 갖고 있어 외부전기장에 의해 쉽게 이동하고 집합체를 형성함으로써 전류가 흐를 수 있는 통로를 생성시킨다.

그 결과 유무기 하이브리드 분자운동성 이온결정 소재는 0.15V(볼트)의 매우 낮은 전압으로 구동이 가능하며, 총 네 단계의 멀티레벨 구동이 가능하다.

장 교수는 "이번 연구는 분자운동성 이온결정 소재 기반 저항변화 메모리가 차세대 메모리로 활용될 가능성을 확인하는 좋은 기회가 됐다"며, "향후 더 다양한 조성과 결정구조를 갖는 분자운동성 이온결정 소재 기반 메모리를 연구해 인공지능(AI) 기반 컴퓨팅에 필수적인 고밀도, 고용량 메모리 개발에 힘쓸 것"이라고 밝혔다.

연구 결과는 재료 분야의 세계적인 학술지인 '어드밴스드매테리얼즈(Advanced Materials)' 5월 18일자 온라인에 게재되었으며, 우수성을 인정받아 정식 게재호의 표지 논문으로 출판될 예정이다.

해당 연구는 서울대 남기태 교수, 한승우 교수 연구팀과 성균관대 박남규 교수, 정현석 교수 및 중앙대 김수영 교수가 공동으로 참여하여 수행되었으며, 미래창조과학부의 미래소재디스커버리, 글로벌 프런티어, 우수 신진연구자 지원사업의 지원을 받았다.