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동국대 김성준 연구팀, 3D 수직형 강유전체 커패시터 개발

등록일 2025.01.21. 작성자 최윤호 조회 232

- 강유전체 수직적층 메모리로 내구성 입증… 저전력·고집적 차세대메모리 가능성 선보여
- 김성준 연구팀, “100만 번 사이클에도 안정적 작동, 데이터 10년 이상 유지 가능해”
- 나노기술 분야 저명 국제 학술지 ‘Nano Letters’ 최신판 온라인 게재

 

김성준 교수, 임은진 석사, 박용진 석사

 

동국대학교 전자전기공학과 김성준 교수(교신저자), 임은진 석사, 박용진 석사(공동 제1저자)로 구성된 연구팀이 수직적층 강유전체 메모리 소자를 개발하고, 관련 논문이 나노 분야 국제 학술지 「Nano Letters」에 온라인 게재됐다고 밝혔다.

 

기존 2D 평면 메모리 구조의 경우 공간 효율성이 낮아 대규모 데이터를 신속하게 처리하는 데 한계가 있었다. 이를 해결하기 위해서 연구팀은 강유전체 커패시터에 수직형 구조를 적용했으며, 이는 삼성전자의 GAA(Gate-All-Around) 구조 트랜지스터에서 영감을 받은 것으로 알려졌다. 또한, 메모리 집적도가 높아지면서도 강유전체 특유의 높은 신뢰성과 저전력 동작을 유지하는 데 성공했다고 전했다.

 

연구팀은 수직적층 구조의 강유전체 커패시터의 뛰어난 내구성과 비휘발성을 강조하며, “100만 번 이상의 사이클 동안 안정적으로 작동하고, 데이터를 10년 이상 유지할 수 있다”라고 덧붙였다. 또한, 무작위 셀 테스트로 장치 간 변동성이 낮다는 사실을 확인해 높은 신뢰성을 확보했으며, 이 특성들이 FRAM(ferroelectric random access memory)과 같은 실용적인 메모리 응용에 적합하다는 것을 증명했다. 

 

김성준 교수는 “공동 1저자 학생들이 기존 평면 강유전체 메모리와 차별화된 수직 적층 구조의 Mask layout을 직접 설계하고 MINT fab 장비를 활용하여 소자를 제작했다”고 밝혔다. 이어, “강유전체의 모든 면을 전극으로 완전히 감싸는 새로운 방식을 제시한 것”이라며, “이번 성과는 향후 저전력 및 고집적이 요구되는 인공지능(AI) 반도체 시스템 구현에 활용될 수 있을 것”이라고 기대감을 나타냈다.

 

이번 연구 결과는 <3D Vertical Ferroelectric Capacitors with Excellent Scalability>라는 제목으로 나노기술 분야 저명 국제 학술지 「Nano Letters (IF=9.627)」에 25년 1월 온라인에 게재됐다.

 

한편, 본 연구는 한국연구재단의 중견연구 사업 "축적컴퓨팅 구현을 위한 리텐션 조절 가능한 하프늄 기반 강유전체 소자 기술 및 수직적층 집적공정 개발" 및 차세대지능형반도체기술개발(소자)사업(신소자원천기술개발) “온칩 학습을 위한 전하 저장 기반의 고(高)집적·저전력·비휘발성 3차원 수직형 시냅스 어레이 및 아키텍처 개발"의 지원을 받아 수행됐다.

 

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