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'플래시메모리 소자'에 해당되는 글 1

  1. 2011.11.23 그래핀으로 20년 앞당긴 미래
2011. 11. 23. 22:00 대덕밸리과학소식/KAIST

최근 그래핀의 우수한 전기적 특성을 활용하여 초고속 반도체, 신개념 로직 반도체 등을 구현하기 위해 전 세계적으로 활발한 연구가 전개되고 있지만, 10~20년 후에나 상용화될 수 있는 기초연구가 대부분입니다.

또한 지금까지 그래핀을 현재 세계 반도체 시장의 핵심 주류인 실리콘 기반 전자소자의 한 부분으로서 적용한 사례는 없었습니다.

현재 국내외 기업에서는 20나노미터 이하 급에서 사용될 것으로 예상되는 전하포획방식의 플래시 메모리 소자를 연구 개발 중입니다.

하지만 이 방식의 플래시 소자는 데이터 보존 특성이 시장의 요구조건(멀티비트 동작 시 섭씨 150도에서 10년 이상 데이터 보존 등)을 아직 충족시키지 못해 현재까지 대량으로 상용화되지 못하고 있습니다.

이런 가운데 KAIST에서 금속 전극을 그래핀으로 대체하면 기존의 플래시 메모리 소자의 성능과 신뢰도가 획기적으로 개선된다는 사실을 규명했습니다.

KAIST 조병진 교수팀은 기존 실리콘 기반의 반도체 소자(전계효과 트랜지스터)에서 금속 게이트 전극을 그래핀 전극으로 대체하면, 미래의 반도체 시장에서 요구하는 성능과 신뢰도를 확보할 수 있다는 사실을 밝혀냈습니다.

기존 실리콘 기반 전하포획방식 플래쉬 메모리 소자에 그래핀 전극이 도입된 모식도

이번 연구성과는 그래핀이 먼 미래의 반도체 소자가 아닌 현재 양산 중인 반도체 소자에도 바로 활용할 수 있는 소재인 점을 증명한 첫 사례입니다.

이 기술은 기존의 반도체 제조 공정에서 크게 바뀌는 부분이 없어서 머지않아 양산에 적용할 수 있습니다.

이번 성과는 현재 국내외 기업들이 집중적으로 연구개발하고 있는 전하포획방식의 플래시 메모리 소자에 그래핀 전극을 사용하면 데이터 보존 특성이 바로 시판할 수 있는 성능과 신뢰도로 크게 개선(데이터 10% 손실시간 기준으로 기존 소자에 비해 1만 배 개선)될 뿐만 아니라, 데이터 씀과 지움 간의 전압차이가 70%나 개선되는 등 20나노미터 이하의 플래시 메모리 소자의 상용화에 가장 큰 기술적 장벽을 극복할 수 있음을 실험으로 증명한 것입니다.

이것은 그래핀이 세상에서 존재할 수 있는 가장 얇은 단원자층 물질이고, 신축성과 유연성이 뛰어나, 기존의 금속 전극과는 달리 전극 아래에 위치한 게이트 유전막에 기계적 스트레스를 발생시키지 않기 때문인 것으로 확인됐습니다.

또한 이번 연구를 통해 그래핀이 갖는 큰 일함수도 데이터 보존 특성을 향상시킬 수 있는 또 다른 장점으로 파악됩니다.

이번 연구결과는 나노과학 분야의 권위 있는 학술지인 'Nano Letters'지에 온라인 속보(11월 22일)로 게재되었습니다. 
(논문명 : Graphene Gate Electrode for MOS Structure-based Electronic Devices)

조병진 교수와 함께 이번 연구에 함께 참여한 연구팀 (뒷줄 왼쪽부터) 신우철 학생, 박종경 학생, 송승민 학생

 용  어  설  명

그래핀(Graphene) :
흑연의 표면층을 한 겹만 떼어낸 탄소나노물질로, 높은 전도성과 전하 이동도를 갖고 있어 향후 응용 가능성이 높아 꿈의 신소재로 불린다.

로직(Logic) 반도체 :
기억 기능을 하는 메모리 반도체와 달리 데이터를 연산ㆍ처리하는 반도체다.

플래쉬 메모리(Flash Memory) :
전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 컴퓨터 기억 장치의 일종으로 스마트폰, 노트북, 디지털 카메라 등의 전자장치에 폭넓게 사용된다.

전계효과 트랜지스터(field effect transistor) : 
전압(게이트 전압)으로 전류(드레인 전류)를 제어하는 형식의 가장 일반적이고 광범위하게 쓰이고 있는 반도체 소자

일함수(Work function) :
물질 내에 있는 전자 하나를 밖으로 끌어내는데 필요한 최소의 일(에너지)

전하포획 플래시(Charge Trap Flash) 메모리 :
전하를 기존의 도체가 아닌 부도체 물질에   저장하는 방식으로, 새로운 반도체 나노공정을 이용해 개발한 비휘발성 메모리

나노미터(nano meter) :
10억분의 1미터로, 1나노미터는 대략 성인 머리카락 굵기의 10만분의 1

posted by 글쓴이 과학이야기

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