고성능 투명 메모리 제작기술 개발

김태근 교수팀, 환원 그래핀 산화물 기반 소자 연구 성과

김태근 교수

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 고성능 투명 메모리 제작기술을 개발했다.

미래창조과학부는 김태근 고려대 전기전자공학부 교수가 주도하고 김희동 박사(제 1저자) 등이 참여한 국내 연구진이 환원 그래핀 산화물(RGO)의 우수한 전기 광학적 특성을 살려 가시광선을 80% 이상 투과시키는 투명 메모리 소자 제작기술을 개발했다.

이번 개발 기술은 차세대 투명 전자기기 개발에 기여할 것으로 기대된다.

환원 그래핀 산화물은 그래핀의 한 종류이고 그래핀 산화물의 화학적 환원과정을 통해 대부분의 산소가 제거된 그래핀으로 반도체로 제작이 용이한 가운데 원자 한 개 두께의 막이어서 매우 투명해 전기 광학적 소자로의 응용이 기대된다.

이번 연구는 미래부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업 등의 지원으로 수행돼 네이처 자매지 사이언티픽 리포트지 9일자 온라인판에 게재됐다.

재료적 유연성과 광학적 장점을 지닌 그래핀 산화물을 이용한 메모리 소자를 구현하려는 연구가 활발하지만 실제 소자 응용을 위해 필요한 신뢰성과 하나의 메모리 소자 당 1 비트 이상의 정보를 저장하는 다중 정보저장을 위한 멀티-레벨 특성 구현에 대한 고려는 부족한 상황이다.

연구팀은 환원 그래핀 산화물을 이용해 초기 소정의 전압이 인가돼야 하는 번거로운 포밍 과정 없이도 저항 스위칭이 가능한 투명하면서도 다중 정보저장 기능을 갖는 저항변화 메모리(ReRAM)를 구현했다.

연구에서는 딥코팅 방법을 이용해 RGO 기반 ReRAM 소자를 제작했다.

포밍은 초기 저항변화 물질이 저항 스위칭 특성을 보이지 않아 전압을 줘 저항 스위칭이 가능하게 소자를 활성화 시키는 것이고 저항변화 메모리는 저항변화 물질에 특정 전압을 줬을 때 변화하는 저항상태를 이용한 비휘발성 메모리다.

이번 개발 기술은 투명 노트북 같은 대용량의 정보저장이 필요한 미래형 전자소자의 핵심기술로 활용될 것으로 기대된다.

실제 개발된 소자는 상·하부 전극의 종류와 두께 제어 등을 통해 최적의 소자 특성을 확보할 수 있었고 10만회 이상의 시험구동을 통과하고 85℃고온 환경에서도 10만초 이상 정보저장 능력을 보여 메모리 소자로서의 가능성을 확인했다.

기존에는 1000회 이하의 시험구동 및 1만초 이하의 정보 저장에 그쳤다.

초기 포밍 과정에서 발생하는 소자의 열화 현상을 해결할 수 있다는 것도 장점이다.

김 교수는 “반도체 물질의 새로운 도약을 이끌고 있는 그래핀을 이용해 우수한 전기적, 광학적 특성을 보인 이번 연구결과는 미래 투명 전자 기기 산업에 반드시 필요한 투명 메모리 소자 구현 기술을 선점했다는데 의의가 있다”고 밝혔다.

산화인듐쥬것(ITO)/환원그래핀산화물(RGO)/ITO 메모리 셀의 개략도와 투과 전자 현미경(TEM) 사진과 ITO 층 위에 흡착된 RGO 플레이크의 주사 전자 현미경(SEM) 사진