▲ 연구를 이끈 문창연, 엄대진, 구자용 박사와 (하)실리콘 표면 원자에 이진 정보를 순차적으로 기록하는 과정(좌)과 실리콘 표면 원자의 두 가지 형상에 대한 구조 모델(우) .

‘조그만 핀 머리 하나에 백과사전 전권의 내용을 모두 담는 날이 도래할 것이다’라는 파인만의 예견을 실현화할 기술이 개발됐다.

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 신용현) 나노소재평가센터 엄대진, 문창연, 구자용 박사팀이 테라바이트(Tera Byte)급 비휘발성 메모리를 제작할 수 있는 원천기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

메모리 구조가 간단해지면 보다 많은 디지털 정보 저장이 가능하며 현재 메모리는 실리콘 웨이퍼 위에 복잡한 설계와 공정을 통해 생산되고 있다.

KRISS 연구팀은 간단한 공정으로 실리콘 웨이퍼 표면 원자 각각에 ‘0’이나 ‘1’의 이진정보를 쓰고 지울 수 있는 초고집적 비휘발성 메모리 기술을 개발하고 그 동작원리를 밝혔다.

실리콘 웨이퍼에 일정량의 붕소(B)를 주입한 후, 열처리를 하면 표면에 노출된 실리콘 원자들의 상호거리가 늘어난다. 이렇게 만들어진 표면의 원자 하나하나는 외부 전기 자극에 의해 두 가지 안정된 상태로 변형된다.

실리콘 표면 원자가 변형되면 전류 공급이 끊어진 후에도 그 상태를 유지하는 비휘발성 특성을 보이는데 이는 원자 하나하나가 디지털 정보를 저장할 수 있다는 것을 의미한다.

종전까지는 일부 연구팀에서 불규칙하게 분포하는 결함이나 인공구조물을 이용해 원자 단위 메모리 기능을 시연했지만 위치 제어 등의 어려움으로 응용 가능성이 매우 낮았다.

반면 KRISS 연구팀은 정상적인 표면 원자를 이용해 실험을 성공시켰기 때문에 향후 상용화 하는데 제약이 크지 않을 것으로 기대된다.

이처럼 실리콘 웨이퍼에 직접 디지털정보를 넣을 수 있다면 테라바이트(Tera Byte)급 비휘발성 메모리 제작이 가능하다.

메모리 정보 저장능력은 집적도에 따라 달라지는데, 이번에 개발된 기술은 현재 상용되고 있는 제품에 비해 집적도가 2~300배 정도 높다.

더욱이 현재 플래시 메모리는 24~32개 층이 적층된 구조이기 때문에 동일한 층수로 환산하면 실제 저장밀도는 약 7,000배 정도 증가하게 된다.

즉, 현재 시판되고 있는 제품의 크기 정도를 유지하면서도 수천 배 큰 용량인 테라바이트급 비휘발성 메모리가 제작 가능하다.

KRISS 엄대진 박사는 “해당 연구결과는 원자스케일의 기억소자를 구현할 수 있는 원천기술이기 때문에 추가 응용연구가 이루어진다면 한 차원 높은 용량의 비휘발성 메모리 제작이 가능하다”고 말했다.

해당 연구결과는 나노분야 국제학술지인 나노레터스(Nano Letters) 1월 14일자에 게재됐다.