가까운 미래에 한계에 다다를 것으로 예상되는 무어의 법칙은 동일한 크기의 칩에 저장할 수 있는 데이터의 양이 18개월마다 2배씩 늘어난다는, 반도체의 집적도에 관한 법칙이다. 데이터의 양이 2배로 늘어난다는 의미는 반도체에 2배로 정교한 회로를 그려 넣는 기술이 필요하다는 의미로, 이미 예상보다 빠르게 발전하고 있는 지금에 와서는 이를 위한 기술이 비용이나 공정 면에서 상용화하기 어렵다는 문제점으로 이어지고 있다.

포항공대 신소재공학과 이태우 교수, 연구교수 Wentao Xu, 박사과정 이영준씨는 나노와이어(nanowire, 나노선) 정렬 프린팅 공정을 이용해 고집적 메모리소자인 멤리스터(memristor)*2 어레이를 제작하는데 성공했다.

재료과학 분야 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’지 인사이드 커버 논문으로 게재된 이 기술은 공정 속도가 빠르고 생산비용이 저렴할 뿐 아니라, 눈에 보이지 않는 미세한 나노선을 이용해 투명 전자소자나 웨어러블 기기 소자의 상용화에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.

나노선은 원하는 방향과 위치에 맞게 조절하는 것이 어려워 실제로 큰 면적과 고집적도를 가진 전자소자로 구현하기 힘들다는 단점이 있었다. 연구팀은 전기장을 이용, 금속 나노선을 기판 위에 직접 정렬시키는 기술을 메모리 소자 어레이 제작에 응용했다.

이 기술로 크로스바(cross-bar) 모양으로 두 번의 교차 정렬로 프린팅된 금속나노선을 이용해 3층의 금속-산화물-금속 커패시터 구조를 만드는 아주 빠르고 간단한 공정으로 고집적 메모리 어레이를 구현해냈다.

나노구조체의 패턴형태나 간격을 자유롭게 조절할 수 있어 소자의 특성이나 집적도도 쉽게 제어할 수 있으며, 이런 방식을 이용하여 초정밀의 나노 프린터를 만들게 되면 궁극적으로 아주 작은 크기의 메모리 소자 제작도 가능해져 곧 한계에 다다를 것으로 예상되는 무어의 법칙도 이어갈 수 있을 것으로 기대된다.

또 곡선형태의 나노구조체를 제작해 신축성과 유연성을 가진 멤리스터 소작 제작도 가능해 섬유나 웨어러블 형태의 메모리 어레이 제작도 가능해진다.

연구를 주도한 이태우 교수는 “기존의 멤리스터 제조 방법에 비해 시간과 비용이 크게 줄어들었을 뿐 아니라 공법도 간단해져 프린팅 기술을 이용한 고집적 메모리 소자의 응용성을 높일수 있을 것”이라며 “특히 이번 성과는 입는(wearable) 컴퓨터, 섬유 전자소자, 플렉서블(flexible) 전자소자 등을 위한 원천기술로 응용될 것”이라고 의의를 밝혔다. 한편, 이 연구는 미래창조과학부가 추진하는 미래유망융합기술파이오니어사업(뉴로모픽 반도체 소자응용 기술 연구단)과 글로벌프론티어 사업(나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단)의 지원으로 수행됐다.

1. 어레이(array)

구조나 기능면에서 공통적으로 사용되는 장치나 패널을 복수로 조합한 것.

2. 멤리스터(memristor)

메모리와 레지스터의 합성어로 이전 상태를 모두 기억하는 메모리 소자. 전원공급이 끊어져도 직전에 통과한 전류의 방향과 양을 기억하기 때문에 전원이 다시 공급되면 기존 상태가 그대로 복원된다.

-출처: POSTECH 새소식란