아주대학교 연구진이 차세대 지능형 반도체에 활용 가능한 신소자를 개발했다.

아주대는 서형탁 교수 연구팀이 강유전성 초박막 소재의 나노 위상 분극 도메인 정보 저장 및 스위칭제어 기술을 이용해 연산과 비메모리 기능이 통합된 프로세스-인-메모리(PIM) 터널링 소자 개발에 성공했다고 10일 밝혔다.

PIM(Process-in-Memory)은 뇌의 신경회로를 모사해 메모리와 프로세서를 통합한 신개념 반도체로 미래 반도체 핵심 기술이다. 메모리와 프로세서를 통합해 빠른 연산 처리 속도를 구현하고 전력 소모량도 아낄 수 있어 각광받고 있다.

아주대 연구팀은 PIM 신소자 개발을 위해 헤프늄-지르코늄 복합산화물(HfZrO: HZO)에 주목했다.

HZO의 강유전성은 이상적으로는 전압의 부호에 따라 상향 및 하향 수직 정렬 분극화가 소재 전체에 일관되게 일어나는 것이 필요하지만, 원자층 증착된 HZO는 나노결정구조를 가지기 때문에 각 결정립의 분포에 따라 수직 정렬 분극뿐만 아니라 경사 정렬 분극화가 점진적으로 발생하는 ‘위상 극성 도메인’이 형성된다.

이번에 개발한 소자를 이용하면 80나노 초(nsec)에서 쓰기 및 읽기 동작이 가능하고, 온·오프(on·off) 비율, 스위칭 반복성(Endurance), 비휘발성(데이터 저장 시간) 기능이 모두 기존의 소자 대비 우수하다.

서형탁 교수는 “AI 컴퓨팅과 빅데이터 처리 등을 위해 차세대 지능형 반도체를 개발하고자 하는 노력이 이어지고 있다”며 “완전히 새로운 구조와 공정, 소자 등 다방면의 연구가 진행 중인 가운데, 이번 연구는 현재 양산 공정이 확보된 강유전성 소재를 기반으로 나노 도메인 분극화를 이용하여 정보를 비휘발성·다중레벨로 구현한 최초의 사례”라고 설명했다.

[ 경기신문 = 고륜형 기자 ]