삼성미래기술육성사업이 지원한 연구팀이 차세대 메모리반도체의 집적도를 1천 배 이상 높일 수 있는 연구결과를 발표했다.

이준희 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수 연구팀은 2일 세계적 학술지 사이언스(Science)에 원자 사이 탄성작용을 상쇄하는 물리현상을 반도체에 적용하는 내용의 논문을 게재했다.

사이언스에 순수이론 논문이 게재되는 사례는 극히 드물다. 이번 연구는 이론적 엄밀성과 독창성, 산업적 파급력을 인정받아 게재됐다.

반도체업계는 소자 성능을 향상하기 위해 미세화를 통해 단위 면적당 집적도를 높여왔다. 하지만 소자 크기를 일정 수준 이하로 줄이면 정보 저장능력이 사라지는 ‘스케일링’ 현상이 발생해 반도체의 기본작동 원리인 0과 1을 구현할 수 없다.

이준희 교수팀은 ‘산화하프늄’이라는 반도체소재의 산소 원자에 전압을 가하면 원자 사이 탄성이 사라지는 물리현상을 새로 발견했다. 

이 현상을 적용하면 개별 원자를 제어할 수 있고 산소 원자 4개에 1비트(bit) 데이터를 저장할 수 있다. 데이터 저장을 위해 수천 개의 원자로 이뤄진 나노미터(㎚) 크기의 ‘도메인’이 필요하다는 업계의 통념이 뒤집혔다.

연구팀은 이번 연구결과를 적용하면 반도체공정이 현재 10나노미터 수준에 멈춰 있는데서 나아가 0.5나노미터까지 미세화할 수 있어 메모리 집적도가 기존보다 약 1천 배 이상 높아질 것으로 예상했다.

산화하프늄은 메모리반도체 공정에서 흔히 사용하는 소재다. 스마트폰, 태블릿 등 다양한 제품의 메모리 성능을 한층 끌어올릴 수 있어 산업계에 파급이 클 것으로 보인다.

이준희 교수는 “개별 원자에 정보를 저장하는 기술은 원자를 쪼개지 않는 범위 내에서 최고의 집적기술”이라며 “이 기술을 활용하면 반도체 소형화가 더욱 가속화될 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 2019년 12월 삼성미래기술육성사업 과제로 선정돼 연구 지원을 받고 있다. 과학기술정보통신부의 미래소재디스커버리 사업 지원도 받았다.

삼성미래기술육성사업은 국가 미래 과학기술 연구를 위해 2013년부터 10년 동안 1조5천억 원을 지원하고 있다. 지금까지 589개 과제에 연구비 7589억 원을 집행했다. [비즈니스포스트 김디모데 기자]