광운대 이대석 교수팀, 에너지 저장 가능한 3D 메모리 구조 제안

[스트레이트뉴스 이정훈기자] 광운대 이대석 교수(전자재료공학과)가 논문 ‘Energy-Storing Hybrid 3D Vertical Memory Structure’을 통해 정보와 에너지를 모두 저장할 수 있는 새로운 3D 메모리 구조를 밝혀냈다.

논문에 따르면 3D 구조의 메모리 내에 존재하는 절연층을 에너지 저장 소자(배터리)로 사용해 동일한 부피 내에 정보와 에너지 모두 저장이 가능한 새로운 3D 구조를 제안했다.

논문은 그 성과를 인정받아 10월 IEEE Electron Device Letters 저널(IF: 3.753)의 Editors’ Picks 및 front cover에 선정됐다.

최근 메모리의 고집적화가 요구되는 상황에서 소자를 수직으로 적층해 다양한 3D 구조의 메모리를 개발하는데 많은 연구가 집중하고 있다.

이러한 3D 구조의 메모리를 구현하기 위해서는 두 평면 전극 사이에 절연층을 삽입해 메모리 셀들을 분리하고 셀들 간의 간섭을 줄이거나 없애야 한다.

그러나, 이러한 절연층은 소자 간의 간섭을 방지하는 것 외에 다른 역할은 없으며 3D 구조 내에 부피를 많이 차지해 왔다.

이에 이대석 교수 연구팀은 기존 3D 구조의 메모리 내에 존재하는 절연층을 에너지 저장 소자(배터리)로 사용하는 구조를 제안, 정보와 에너지를 모두 저장할 수 있는 공간 및 에너지 효율적인 새로운 구조를 제안했다.

새로운 3D 구조에 차세대 메모리인 Resistive Random Access Memory(ReRAM)와 현재 많은 연구가 진행 중인 리튬 이온 기반의 전고체 배터리의 적용을 제시했고 각 소자의 특성을 분석했다.

그 결과 메모리의 동작을 확인했으며, 전고체 배터리의 충/방전 동작을 확인함으로써 이차 전지의 특성을 확보했다.

추가로 충전 전압별 배터리의 저항 상태를 확인한 결과, 높은 저항을 가짐으로써 각 메모리의 셀을 분리하고 간섭을 막을 수 있는 절연층으로 사용이 가능하다는 것을 확인했다.

또한 메모리와 배터리가 공존하는 3D 구조에서 단위 셀(배터리+메모리) 내의 메모리의 크기를 줄이면 상대적으로 배터리의 면적이 커지기 때문에 단위 셀 내에 저장할 수 있는 에너지의 양이 커짐을 입증했다.

이로써 기존과 동일한 부피 내에 정보와 에너지를 모두 저장할 수 있는 새로운 3D 구조를 제시했다.

이번 연구는 2019년도 미래창조과학부의 재원으로 한국연구재단의 지원으로 수행됐다.

한편, 이대석 교수는 차세대 반도체 소자의 전문가로서 ‘Neuromorphic System(비메모리, 인공지능 반도체)’ 및 ‘고집적 차세대 메모리 소자’에 대한 연구에 집중하고 있다.