서울대 박민혁 교수팀, 차세대 메모리 위한 초저전압 강유전체 소자 개발 성공
노형석 기자
작성일 2026-11-05 08:24
본문
이번 연구는 빠른 동작과 긴 수명을 동시에 확보하기 어려웠던 강유전체 메모리의 오랜 난제에 대한 해법을 제시했다는 점에서 주목받고 있다. 연구팀은 전극과 강유전체 계면 설계를 통해 낮은 구동 전압과 빠른 분극 전환, 높은 반복 구동 안정성을 동시에 확보했으며, 이를 바탕으로 DRAM과 유사한 구조의 차세대 저전력 메모리 활용 가능성을 제시했다.
연구 결과는 세계적 권위의 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐다. AI 서버와 모바일 기기에서 처리하는 데이터가 늘면서 메모리의 성능과 전력 효율을 함께 높이는 기술의 중요성이 커지고 있다.
강유전체 메모리는 물질 내부의 '분극'을 이용해 정보를 저장하며, 외부 전기장을 제거해도 분극이 남는 '잔류 분극' 특성을 활용해 주기적인 리프레시에 따른 전력 부담을 줄일 수 있다. 과학기술정보통신부가 2023년 발표한 ‘반도체 미래기술 로드맵’에서도 차세대 반도체용 유망 소재로 제시된 바 있다.
연구팀은 하프니아-지르코니아(HZO) 소재를 사용해 전극과 강유전체 사이의 계면 설계를 통해 낮은 구동 전압과 빠른 동작, 긴 수명을 동시에 확보하는 데 성공했다. 특히, 전극 계면 설계를 통해 전압 손실을 줄이고 소자 내부의 전기장을 분극 전환에 활용하는 원리를 규명했다.
시험 소자에서 0.6V의 낮은 전압으로 분극 전환을 구현했으며, 1조 회 반복 구동 후에도 절연 파괴 없이 정보 구분이 가능했다. 연구팀은 기존 보고된 강유전체 캐패시터와 비교했을 때 구동 전압, 전환 속도, 내구성을 종합적으로 고려했을 때 세계 최고 수준의 성능 조합을 확보했다고 설명했다.
연구팀은 이러한 특성이 전극·계면 설계로 전압 손실을 줄이고, 소자 내부의 전기장을 분극 전환에 활용한 결과라고 분석했다. 또한, 소자 면적이 작아질수록 분극 전환이 빨라지는 경향을 확인했으며, 더 작은 나노미터 크기 소자에서도 낮은 전압으로 나노초급 분극 전환이 가능할 것으로 예측했다. 이는 DRAM급 고속 동작으로 연결될 수 있는 가능성을 보여준다.
기사 공유하기