KAIST 연구진이 더 많은 정보를 더 작은 공간에 담아야 하는 차세대 반도체의 한계를 넘어설 수 있는 혁신 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 조병진 교수 연구팀이 반도체에 새로운 소재를 적용, 전자의 이동을 상황에 따라 제어하는 '스마트 출입문' 구조를 구현했다고 20일 밝혔다.

이를 통해 평면(2차원) 배열한 기존 메모리셀과 달리 데이터를 저장하는 반도체 셀을 위로 층층이 쌓아 더 많은 정보를 저장할 수 있게 한 기술인 '3차원 V-낸드'(3D V-NAND) 메모리의 단점 등을 극복할 수 있을 전망이다.

낸드플래시 메모리는 스마트폰 사진·영상·앱 등을 저장하는 스마트폰·SSD 등의 저장장치에 사용되는 반도체로, 전원이 꺼져도 데이터가 사라지지 않는다.

다만 데이터를 쓰고 지우는 과정에서 발생하는 고질적인 속도 저하 등의 문제가 있어 왔는데, 연구진은 신소재인 '붕소 산질화물'(BON)을 통해 이를 해결했다.

실험 결과, BON을 적용한 소자는 기존 대비 데이터 삭제 속도가 최대 23배나 향상됐으며 수만 번의 반복 사용 후에도 성능 저하가 거의 없는 내구성을 보였다.

특히 32개의 미세한 전압 상태를 구분해야 하는 초고난도 펜타 레벨 셀(PLC) 동작에서도 소자 간 데이터 분포를 3배 이상 정밀하게 제어하는 데 성공했다. PLC는 하나의 메모리 셀에 5비트의 데이터를 저장하는 방식으로, 기존 방식보다 훨씬 높은 정밀도와 신뢰성이 요구된다.

조병진 교수는 "이번 연구는 차세대 초고용량 메모리 제조에 바로 적용할 수 있는 독창적인 기술"이라며 "반도체 강국인 대한민국의 기술 초격차를 유지하는 데 크게 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 삼성전자가 주최한 제32회 삼성휴먼테크논문대상에서 대학 부문 전체 1위인 대상을 받았다.