ETRI, 고속·저전력 특성의 신재료를 이용한 차세대 PRAM소자 개발

-기존 재료에 비해 속도 4배 향상, 소비 전력 1/10 절감 기대-

플래쉬메모리를 대체할 차세대 비휘발성 상변화 메모리인 PRAM 소자의 고속 및 저소비 전력화 기술이 국내 기술진에 의해 처음으로 개발됐다.

한국전자통신연구원(ETRI, 원장 임주환) 기반기술연구소(소장 강석열) 기능성전자소자팀(팀장 유병곤)은 지난 1년 8개월간 정보통신부 선도기반기술사업 및 산업자원부 차세대비휘발성 메모리 개발 사업의 일환으로, 기존 DRAM의 고집적도 및 플래쉬메모리의 비휘발성 등의 장점을 갖춘 차세대 PRAM(Phase-change Random Access Memory)의 성능 향상에 관한 기술 개발을 진행해 왔다.

현재의 PRAM을 기존의 모든 메모리를 대체할 차세대 통합형 비휘발성 메모리 소자로 사용하기 위해서는 동작 속도의 향상과 소비전력의 절감이 필수적이다. 연구팀은 연세대학교(최세영 교수)와 공동으로, 기존의 재료 대신 새로운 조성의 상변화 재료를 도입하고, 이 재료를 사용한 소자 제작 공정의 최적화 기술을 확보함으로써 고속 및 저소비전력 특성을 가진 차세대 PRAM 소자를 개발했다고 13일 밝혔다.

이번 PRAM 소자 개발에 사용된 신규 재료는 안티몬(Sb)과 셀레늄(Se)이 혼합된 이원계 금속 합금이다. 기존의 PRAM 소자의 경우, 게르마늄(Ge)-안티몬(Sb)-텔레튬(Te)이 2:2:5의 조성으로 혼합된 GST라는 삼원계 재료를 주로 이용해 왔다. 그 이유는 GST가 PRAM보다 먼저 상용화 된 상변화형 광정보저장 장치(CD-RW나 DVD 등)에 널리 사용되어 왔기 때문이다.

이번에 채용된 Sb-Se 상변화 재료는 GST에 비해 재료의 녹는점이 낮고, 결정화에 필요한 시간이 짧아, 처리 속도에서는 4배 빠르며, 소비 전력은 1/10로 줄어드는 성능을 나타냈다. 따라서 Sb-Se 상변화 재료를 채용한 PRAM 소자는 고속 및 저소비전력 동작에 매우 유리하다는 것을 본 연구팀에서 세계 최초로 실증한 것이다.

PRAM은 소자의 집적화에 유리한 특성을 가지고 있기 때문에, 최근 급속하게 성장하고 있는 개인 휴대 단말 등 모바일 기기용 비휘발성 메모리 모듈을 빠르게 대체할 수 있을 것으로 전망된다. 또한 대용량의 고속 메모리 및 스마트카드 등 관련 산업에 대한 파급 효과도 클 것으로 기대하고 있다.

연구팀 리더인 유병곤 박사는 "기존의 상변화 재료를 사용하는 것만으로는 고속·저소비전력 특성을 겸비한 기가비트급 PRAM을 실현하는 데 한계가 있다"고 지적하고, "이번에 신규 상변화 재료를 도입하여 PRAM 소자의 고속 및 저소비전력 동작을 용이하게 실현하게 된 점은, 현재 256Mb급 시작품 연구를 진행 중인 삼성전자 등 국내외의 관련 연구 기관의 기술 개발에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 강조했다.

한편, 이번 연구 성과 관련해 국내 특허 10건, 국제 특허 2건이 출원 중인 상태이다. 또한, 연구 결과의 상세한 내용은 9월 13일~15일 일본 고베에서 개최되는 소자 및 재료에 관한 국제 학회 SSDM2005 (International Conference on Solid State Device & Materials) 에서 발표될 예정이다.