최창환 회원 (한양대), 3차원 플래시 메모리 소자의 다치화 가능한 강유전체 신소재 개발

내 대학 유일 Symposium on VLSI Technology 학회 13개 Highlight 기술 논문으로 선정


▲ 한양대 신소재공학과 최창환 교수

우리 학회 학술이사인 한양대 신소재공학과 최창환 교수 연구팀이 3차원 플래시 메모리 소자의 고단화 및 저전력 문제를 해결할 수 있는 새로운 강유전체 신소재 연구 결과를 2020년 6월 14일~19일간 열린 ‘IEEE Symposia on VLSI Technology and Circuits’에 발표했다. 특히, 본 연구 결과는 기술위원회가 선정한 13개 Highlight 기술 논문으로 채택되어 학회 미디어프레스에 소개되어 주목받고 있다. 강유전체는 외부에서 전기장을 가하지 않은 상황에서도 두 가지 이상의 분극을 갖는 재료이다.

올해로 40주년을 맞이한 Symposia on VLSI Technology and Circuits는 International Electron Device Meeting(IEDM)과 함께 반도체 분야에서 최고의 권위를 가진 학회로 매년 반도체 기술 분야 최신 연구 내용을 발표하고, 세계 각국의 반도체 기업 및 학계에서 투고한 논문 중 가장 뛰어난 소수의 논문을 선정한다. 올해는 코로나바이러스로 virtual 형식으로 개최되었지만 최근 10년간 열린 학회 중 역대 최고의 경쟁률을 보였고 투고된 총 248건의 논문 중 86건이 논문이 채택되었다. 그중 단 29편의 논문만이 대학교에서 작성된 것으로, 이번 최창환 교수 연구팀의 연구 성과는 의미하는 바가 크다. 현재 3차원 플래시 메모리 소자는 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥사이드 (ONO)로 구성된 박막 재료를 전하 저장층으로 사용하며 20 nm 정도의 두께를 갖는다다. 3D 플래시 메모리 소자의 성능 개선을 위해 지속적 고단화가 필요하나 기존 ONO 박막은 두께를 줄이기가 어렵고 새로운 대체 박막 재료는 다치화(MLC, Multi-level cell)의 어려움이 있어 신소재 개발이 필요하다.


▲ 급속 냉각으로 AlHfO2 소재에 강유전체 성질을 띄게 만든 최창환 교수 연구팀

최 교수팀은 알루미늄 도핑된 HfO2 (Al:HfO2) 박막 재료를 탈이온수에서 고속 급랭함으로써 비약적으로 향상된 잔류 분극 (Pr)과 항전기장 (Ec)을 갖는 새로운 강유전체 박막을 보고하였다. 이를 적용한 플래시 메모리 소자는 MLC 구현, 안정적인 100만 번 쓰고/지우기와 10년의 동작 신뢰성이 가능하며 박막 내부의 높은 응력과 변형을 통해 안정된 사방정계 상(Orthorhombic phase)을 유도하기 때문에 강유전체 특성이 향상된다고 보고하였다.

최창환 교수는 “강유전체박막 재료 세션에 채택된 총 8편의 논문 중 기업 5편, 대학 3편이며, 국내 대학은 한양대 연구팀이 유일하다”라며 “순수 대학연구로 발표하는 것은 매우 이례적이고 이번 연구는 고단화와 MLC 구현이 가능한 강유전체 박막 기반 3차원 플래시 메모리소자 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.

* 용어설명
  1. 강유전체 : 강유전체는 외부에서 전기장을 가하지 않아도 두 가지 이상의 전기적 분극을 갖는 재료를 의미한다.
  2. 잔류 분극 (Remanent Polarization, Pr)전기 강유전체 재료에서 외부의 전기장이 없는 상태에서 존재하는 전기 분극값
  3. 항전기장 (Coercive field, Ec)연속하여 반복되는 강유전체의 주 히스테리시스 곡선상의 전속밀도가 영이 되는 장소에서의 전계의 세기를 이른다. 즉, 분극값이 0이 되기 위해 가해줘야 하는 반대 방향의 전기장의 크기

* 논문명 : Fast Thermal Quenching on the Ferroelectric Al:HfO2 Thin Film with Record Polarization Density and Flash Memory Application

-출처: 한양뉴스