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D램, F램은 알겠는데, Re램?

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D램, F램은 알겠는데, Re램?

2014.05.25 18:00
전형탁 한양대 교수(왼쪽)와 서형탁 아주대 교수(오른쪽) - 한양대 제공
전형탁 한양대 교수(왼쪽)와 서형탁 아주대 교수(오른쪽) - 한양대 제공

  국내 연구진이 차세대 메모리로 각광받는 저항변화 메모리(Re램) 개발에 그래핀을 적용하고 저항변화 원리까지 규명했다.

 

  전형탁 한양대 신소재공학부 교수와 서형탁 아주대 신소재공학과 교수 공동연구팀은 ‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀을 전극으로 사용한 Re램을 만들어 저항 가변 원리를 파악하는데 성공했다고 23일 밝혔다.

 

  Re램은 물질에 전압을 가함에 따라 전류가 흐르는 통로가 생기거나 없어지는 현상을 이용한 비휘발성 메모리다. 상부전극과 하부전극 사이에 절연체(산화물)가 삽입된 형태로, 용량과 속도 면에서 낸드플래시 메모리를 압도해 주목받고 있다.

 

  문제는 메모리 소자 내에서 산소 음이온과 양이온인 산소공공(산소空孔ㆍ산소음이온이 빠진 자리)의 이동을 정확히 파악하지 못해 상용화에 어려움을 겪고 있다는 점.

 

  연구팀은 그래핀이 다른 물질과 접합할 때 화학적으로 혼합되더라도 경계면이 발생하지 않는다는 점에 주목하고 이를 전극으로 활용해 Re램을 만들었다. 원자층 증착 방식(ALD)으로 산화티타늄과 산화알루미늄을 25~30nm 두께로 도포해 메모리 소자를 구현한 것.

 

  이를 X선과 라만 분광법으로 측정한 결과, 그래핀 상부 전극에 (-)를 인가하면 산화티타늄 내에 있는 산소음이온은 아래로 분산되고 양전하를 가진 산소공공은 위로 올라와 산화티타늄 표면에 축적된다는 사실을 알아냈다. 그리고 이때 그래핀에서 산화티타늄 표면으로 터널링 효과가 발생해 전자가 쉽게 튀어나오고 전류도 잘 흐르기 시작했다.

 

  연구팀이 반대로 (+)를 인가하자 산소음이온은 산화알루미늄을 통과해 그래핀과 결합했다. 이때 전자는 하부 전극에서 에너지 장벽에 막혀 터널링 되지 않았고, 전류 흐름도 약해졌다.

 

  전 교수는 “메모리 반도체 산업뿐 아니라 신경회로망 소자 연구에도 큰 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

 

  이 연구결과는 탄소 및 나노재료분야 국제학술지 '카본' 최신 온라인판에 게재됐다.

 

산소 이온이 전계에 따라 이동하기 때문에 단일층 그래핀의 화학적 결합 상태가 변한다. - 한양대 제공
산소 이온이 전계에 따라 이동하기 때문에 단일층 그래핀의 화학적 결합 상태가 변한다. - 한양대 제공

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