KAIST, 차세대 메모리 소자 신뢰성·성능 향상 방법 개발

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“밝혀낸 원리를 다양한 반도체 소자에 응용”

본 연구에서 개발한 이종원자가 이온 도핑 결과, 개선 효과와 이에 기반하는 물질적인 원리 개념도. ⓒ한국과학기술원

한국과학기술원(KAIST)은 차세대 메모리 소자 신뢰성과 성능을 높일 수 있는 이종원자가 이온 도핑 방법을 개발했다고 21일 밝혔다.

KAIST에 따르면 최신현 전기 및 전자공학부 교수 연구팀은 한양대 연구진과 공동으로 차세대 메모리 소자 신뢰성·성능 향상 방법을 개발했다. 공동연구팀은 기존 차세대 메모리 소자의 가장 큰 문제인 불규칙한 소자 특성 변화 문제를 개선하기 위해, 이종원자가 이온을 도핑하는 방식으로 소자의 균일성과 성능을 향상할 수 있다는 사실을 실험과 원자 수준의 시뮬레이션을 통해 원리를 규명했다.

공동 연구팀은 이러한 불규칙한 소자 신뢰성 문제를 해결하기 위해 이종원자가 할라이드(halide) 이온을 산화물 층 내에 적절히 주입하는 방법이 소자의 신뢰성과 성능을 향상할 수 있음을 보고했다. 연구팀은 이러한 방법으로 소자 동작의 균일성, 동작 속도, 그리고 성능이 증대됨을 실험적으로 확인했다.

또 원자 단위 시뮬레이션 분석을 통해 결정질과 비결정질 환경에서 모두 실험적으로 확인한 결과와 일치하는 소자 성능 개선 효과가 나타남을 보고했다. 그 과정에서 도핑된 이종원자가 이온이 근처 산소 빈자리를 끌어당겨 안정적인 소자 동작을 가능하게 하고, 이온 근처 공간을 넓혀 빠른 소자 동작을 가능하게 하는 원리를 밝혀냈다.

최신현 교수는 “이번에 개발한 이종원자가 이온 도핑 방법은 뉴로모픽 소자의 신뢰성과 성능을 획기적으로 높이는 방법”이라며 “차세대 멤리스터 기반 뉴로모픽 컴퓨팅의 상용화에 기여할 수 있고, 밝혀낸 성능 향상 원리를 다양한 반도체 소자들에 응용할 수 있을 것ˮ 이라고 말했다.

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