윤준보 교수, 이용복 박사과정, 나노종합기술원 강민호 박사(왼쪽부터) / KAIST

[더팩트 | 대전=박종명 기자] 국내 연구진이 고에너지 방사선에도 강하고 프로그래밍 에너지가 매우 낮은 비휘발성 메모리 세계 최초로 개발했다.

KAIST는 전기및전자공학부 윤준보 교수 연구팀이 나노종합기술원 강민호 박사와 협업해 우주 부품 수준의 내방사선 특성을 가지면서도 일반적인 비휘발성 플래시 메모리보다 3만배 이상 프로그래밍 에너지가 낮은 나노 전자 기계식 비휘발성 메모리 소자를 개발했다고 28일 밝혔다.

반도체 메모리 소자는 방사선에 취약해 이를 보완하기 위해서는 복잡한 회로나 추가적인 데이터 프로세싱을 수반하는데 그 과정에서 많은 에너지가 소모된다.

연구팀은 반도체 메모리를 사용하는 대신 나노 크기의 매우 작은 기계 구조에 전기 신호를 가해 나노 기계 구조체가 실제로 움직여서 하부 전극에 붙고 떨어지는 방식을 사용했다. 또 매우 낮은 프로그래밍 에너지를 달성하기 위해 파이프-클립 스프링 구조와 구부러진 외팔보 구조로 구성된 상부 전극을 도입했다.

나노 전자 기계식 비휘발성 메모리 구조와 동작 메커니즘 / KAIST

연구진은 나노종합기술원의 반도체 장비·시설 인프라를 활용해 8인치 웨이퍼 수준의 대면적 기판에 소자를 제작해 연구를 수행했다.

연구 결과 제작한 나노 전자 기계식 비휘발성 메모리의 프로그래밍 에너지는 차세대 메모리들과 비교했을 때 매우 낮은 수준이었다. 또 기계적인 움직임을 기반으로 하는 동작 방식 덕분에 고에너지 방사선 조사 후에도 누설 전류 증가, 동작 전압 변화, 비트 오작동 등의 성능 저하 없이 우수한 내방사선 특성을 보였다.

KAIST 전기및전자공학부 이용복 박사과정이 제1 저자로 수행한 이번 연구는 저명 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)' 2023년 1월호에 출판됐다.

이용복 박사과정은 "이번 연구는 연구팀이 보유한 나노 전자 기계 설계 기술과 나노종합기술원의 첨단 공정 기술이 만나 내방사선 특성과 낮은 동작 에너지 소모를 동시에 만족하는 비휘발성 메모리를 세계 최초로 구현했다는 점에서 중요한 의미를 갖는다"며 "우주 환경에서의 인공지능, 초안정성 자율주행 시스템 등 내방사선과 높은 에너지 효율성이 필요한 다양한 미래 응용 분야에서 핵심 기술이 될 것"이라고 말했다.

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