손바닥 위 데이터센터 가능할까?

반도체 메모리 용량 1,000배 향상시킬 산화하프늄 신기능 발굴

고현아 기자 | 기사입력 2020/07/03 [11:34]

손바닥 위 데이터센터 가능할까?

반도체 메모리 용량 1,000배 향상시킬 산화하프늄 신기능 발굴

고현아 기자 | 입력 : 2020/07/03 [11:34]

축구장 면적의 몇백 배 규모인 데이터센터의 효율을 근본적으로 높여 데이터센터의 크기를 크게 줄일 수 있도록 메모리 소재의 용량을 획기적으로 향상시킬 수 있는 연구 결과가 나왔다.

 

울산과학기술원(이하 UNIST) 에너지 및 화학공학부 이준희 교수팀이 메모리 소자의 용량을 1,000배 이상 향상시킬 수 있는 산화하프늄(HfO2)의 새로운 기능을 찾아내는데 성공했다.

 

이러한 연구결과는 10nm 수준에 멈춰선 메모리 소자의 단위셀 크기 한계를 단숨에 0.5nm까지 축소할 수 있는 새로운 페러다임의 메모리 소재 원리를 발견한 것이어서 의미가 크고, 이 이론을 적용하면 원자에 직접 정보를 저장해, 기존 메모리 소재로는 불가능하다고 여겼던 작은 크기의 반도체 뿐 아니라 초집적/초저절전 인공지능 반도체 구현에까지 이용될 수 있을 것으로 예상된다.

 

과학기술정보통신부(이하 과기정통부)와 UNIST는 이번 성과가 세계적으로 저명한 국제학술지 사이언스(Science, IF 43.655)에 국내 이준희 교수팀 단독교신으로 3일 새벽 4시(한국시간) 발표되었다고 밝혔는데, 순수 이론 논문이 사이언스에 게재되는 것은 극히 이례적인 예이다.

 

기존에는 원자들 간 강한 탄성 상호작용으로 인해 원자 하나하나를 개별적으로 제어하는 것은 불가능하다고 알려져 있었는데,  반도체 공정이 수십 나노 공정 이하로 내려갈 경우 모든 반도체가 저장 능력을 상실하는 ‘스케일 현상’을 피할 수 없다고 보았기 때문이다.

 

하지만, 이준희 교수 연구팀은 산화하프늄(HfO2)이라는 반도체에 특정 전압을 가하면 원자를 스프링처럼 강하게 묶던 상호작용이 완전히 사라지는 새로운 물리현상을 발견했다.

 

산화하프늄이라는 산화물은 기존의 실리콘 기반 반도체 공정에서 이미 흔하게 사용되는 물질이어서, 원자 이론의 상업화 적용 가능성이 높고 파급력도 클 것으로 기대된다.

 

▲ 단일 원자 수준 메모리 응용 예시     자료제공 : 과학기술정보통신부  © 뉴스다임

 

이준희 교수는 “향후 초집적 반도체 분야에 세계적 경쟁력을 확보하기 위한 중요한 기반이 될 수 있는 이론으로, 개별 원자에 정보를 저장하는 기술은 원자를 쪼개지 않는 한, 현 반도체 산업의 마지막 집적 저장 기술이 될 확률이 높다”고 연구의 파급력을 설명했다.

 

한편, 과기정통부는 디지털 뉴딜과 연계해 ‘소재연구데이터 플랫폼 구축’ 사업을 추진할 예정으로(3차 추경 등), 향후 데이터 기반 소재 연구가 더욱 활성화 되도록 지속적으로 지원할 계획이다.

 

 

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