연세대 연구팀이 인공지능(AI) 시대에 혁신적인 발전을 이룩한 '산화물 반도체' 기술을 성공적으로 개발했습니다.
연세대학교 전기전자공학과 김현재 교수 연구팀은 최근 독일의 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(AFM)'에 발표한 연구 결과에서, '이중 입력 기반 멀티레벨 메모리' 기술을 소개했습니다. 이 기술은 기존의 전기적 신호 제어 방식에 '빛'이라는 새로운 변수를 추가해 단일 소자에서 64개의 멀티레벨 상태를 성공적으로 구현했습니다.
이를 통해 소자당 정보를 저장하는 '그릇'의 개수가 64배 증가하며, 반도체 칩의 크기를 키우지 않고도 처리 정보량을 확장할 수 있는 가능성을 제시했습니다. 이러한 기술은 HBM 이후의 고집적 차세대 메모리에 중요한 역할을 할 전망입니다.
또한, 이번 연구는 전력 소모가 크고 미세화가 어려운 기존 실리콘 반도체의 한계를 극복한 것으로 평가받았습니다. 빛과 전기 두 가지 신호를 활용하는 이 방식은 최근 데이터 전송 속도를 높이기 위해 도입 중인 '실리콘 포토닉스(광 반도체)' 기술과 연계돼 있습니다. 이는 데이터 전송 중 발생하는 열과 병목 현상을 크게 줄일 수 있는 장점을 제공합니다.
김현재 교수는 이러한 연구 결과가 다음 세대 컴퓨팅인 '뉴로모픽(뇌모사)' 컴퓨팅에 중요한 역할을 할 것으로 기대하며, 기존의 전기 신호 방식에 빛을 더해 차세대 컴퓨팅을 구현할 수 있는 소자 기술을 발전시켰다고 설명했습니다.
또한, 연구팀은 '강유전체 트랜지스터(FeFET)'의 안정성 문제를 해결한 연구 성과도 공개했습니다. FeFET은 D램의 캐패시터를 없애고 트랜지스터 자체가 메모리 기능을 수행하는 소자로, 비휘발성 특성과 저전력 동작이 장점입니다. 이러한 기술은 삼성전자 등이 주목하고 있는 '캐패시터리스(Capacitor-less)' 메모리의 핵심 기술로 평가됩니다.
김현재 교수팀은 FeFET의 안정성 문제를 해결하기 위해 반복적인 동작에 따른 데이터 오류와 짧은 수명을 극복하는 방법을 도입했습니다. 결과적으로, 10년 이상의 데이터 보존 가능성과 1000만회 이상의 반복 동작 안정성을 실험을 통해 확인했습니다.