□ 고집적, 고속동작 메모리 구현을 가능케 할 용액공정 기반 자가정류 저항변화메모리* 소자가 개발되었다. GIST(광주과학기술원, 총장 문승현) 전기전자컴퓨터공학부 장재형 교수팀이 “기존의 용액공정 기반 자가정류 저항변화메모리 대비 저항스위칭비*가 25배 높고, 자가정류비*가 100배 우수한 고성능 자가정류 저항변화메모리* 소자 기술을 개발했다.”고 밝혔다. 

   * 자가정류 저항변화메모리: 셀 단위의 저항변화메모리 소자를 크로스바 어레이 구조에 적용시켰을 때 발생하는 인접한 셀들 사이의 간섭현상을 해결하기 위한 방법으로써 저항변화메모리 소자에 정류기능을 부여함. 

    * 자가정류비: 순방향 바이어스에서의 온저항에 대한 역방향 바이어스에서의 온저항의 비 

□ 연구팀이 개발한 용액공정 기반의 산화철－산화그라핀 하이브리드* 박막층을 이용한 자가정류 저항변화메모리 소자는 1만배 이상의 자가정류비를 가지고 있으며, 이는 기존의 용액공정 자가정류 메모리 소자에 비해 100배 높다. 이 소자의 저항스위칭비는 1만배 이상으로 기존 소자 대비 25배 높다.

     * 산화철－산화그라핀 하이브리드: 산화그라핀 박막 상에 산화철을 구성하는 나노입자가 산화철 박막의 형태로 임베디드된 구조의 하이브리드 박막층

□ 연구진은 인가되는 전압의 극성과 크기에 따라 소자 내 산화철－산화그라핀 하이브리드 박막층과 질화규소 박막층이 균일하고 안정적인 저항 스위칭 거동을 보임을 규명하였으며, 서로 다른 일 함수를 갖는 상부 및 하부 전극을 사용하고 용액공정 산화철－산화그라핀 하이브리드 박막층과 하부 전극 사이에 질화규소 절연체를 삽입하여 인가되는 전압의 극성에 따라 질화규소에 비대칭 터널링 베리어*를 갖게 함으로써 정류 기능을 확보하였다고 설명했다.

      * 터널링 베리어: 양자 역학에서 입자가 가지는 운동 에너지보다 높은 에너지 장벽을 어떤 확률을 가지고 빠져 나갈 때 입자가 마주하는 에너지 장벽

□ 장재형 교수는 “이 연구는 저항 스위칭과 정류 기능의 동시 구현이 가능한 용액공정 메모리 소자 기술을 개발한 것이다. 간단한 소자 구조를 제안해 크로스바 어레이의 아키텍처 및 제조 프로세스를 크게 단순화할 수 있게 됐다. 고집적, 고속동작 반도체 로직과 미래형 유연한 메모리 시스템 등에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다. 

□ 이 연구는 미래창조과학부․한국연구재단 기초연구사업(개인연구), GIST 연구원(GIST Research Institute) 사업의 지원으로 수행되었으며, 관련 논문은 영국왕립학회가 발간하는 나노기술 분야 대표 국제 학술지인 나노스케일(Nanoscale) 10월 19일자 표지 논문(Inside Front Cover)으로 게재되었다. <끝>

□ 논문명, 저자정보

－ 논문명 : Self-Rectifying Bipolar Resistive Switching Memory Based on an Iron Oxide and Graphene Oxide Hybrid

－ 저자정보 : 장재형 교수(교신저자, 광주과학기술원), 오세이(제1저자, 광주과학기술원), 자날드하난 라니(공동저자, 광주과학기술원), 홍성민 교수(공동저자, 광주과학기술원)