UNIST, 새로운 집적원리 찾아내
풀HD급 영화 13만8300편 담아
미세가공 기술 한계 넘어 ‘0.5㎚’
삼성전자 우수성 인정 연구 지원
한국 반도체 기술격차 더 벌릴것

울산과학기술원 에너지 및 화학공학부 이준희 교수가 지난 1일 세종 과학기술정보통신부 브리핑실에서 단일 원자 메모리와 기존 원자집단 메모리 원리를 비교 설명하고 있다. 사진=김만기 기자 1비트를 저장할 때 수천개의 원자집단(왼쪽)을 사용하지 않고, 개별 원자들을 직접 제어해서 저장하므로, 기존 메모리 1비트 면적에 수천개의 비트를 집적해서 사용이 가능하다. UNIST 제공

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국내 연구진이 세계 처음으로 손톱만 한 크기의 반도체에 초고화질(풀HD)급 영화(1편당 3.7GB) 13만8300편가량을 저장할 수 있는 메모리 집적 소재와 원리를 찾아냈다.

이 기술을 이용하면 개별 원자에 직접 정보를 저장하는 방식으로 1㎠ 크기의 반도체에 최대 500테라바이트(TB)까지 저장용량을 높일 수 있다.

이 기술이 상용화될 경우 삼성전자 등 국내 기업은 해외 경쟁사의 메모리반도체 분야 추격을 따돌리면서 기술격차를 더욱 벌릴 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 이준희 교수팀은 '삼성미래기술육성사업'의 지원을 받아 산화하프늄을 이용해 메모리 소자 용량을 1000배 이상 향상시킬 수 있는 차세대 반도체 소재와 원리를 발견했다고 3일 밝혔다.

이는 기존 10㎚(1㎚는 10억분의 1m) 수준에 머물러 있는 메모리반도체 미세가공 기술의 한계를 뛰어넘어 0.5㎚ 수준까지 초미세화할 수 있는 발견이다. 0.5㎚는 머리카락 굵기의 10만분의 1에 불과한 크기다.

이 교수는 "개별 원자에 정보를 저장하는 기술은 원자를 쪼개지 않는 한, 현 반도체산업의 마지막 집적 저장 기술이 될 확률이 높다"고 설명했다.

연구진은 이번 원자 이론의 상업화 적용 가능성이 높고 파급력도 클 것으로 기대하고 있다. 산화하프늄이 기존 실리콘 기반 반도체 공정에서 이미 흔하게 사용하는 물질이기 때문이다.

연구진은 산화하프늄 반도체에 특정 전압을 가하면 서로 묶여 있던 원자들이 풀리는 현상을 발견했다. 이 현상을 이용해 마치 진공에 있는 것처럼 반도체 속 산소원자 4개씩을 개별적으로 스위칭해 메모리 소재로 응용할 수 있음을 입증했다. 이는 정보 저장을 위해 최소 원자 수천개 이상이 모여 만든 수십㎚ 크기의 영역이 필요하다는 기존 이론을 뒤집은 것이다.

이 교수는 "이번 발표로 다른 나라 산업계와의 경쟁을 피할 수 없게 되므로 빠른 실증화, 상용화를 위한 정부, 기업들의 투자가 필요하다"고 말했다.

이번 연구결과는 세계적으로 저명한 국제학술지 사이언스에 3일 4시(한국시간) 발표됐다. 과학기술정보통신부는 순수 이론 논문이 사이언스에 게재되는 것은 극히 이례적이라고 설명했다.

삼성전자는 이번 연구의 우수성을 인정해 2019년 12월 '삼성미래기술육성사업' 과제로 선정, 연구지원을 하고 있다.

삼성미래기술육성사업은 국가 미래 과학기술 연구지원을 위해 2013년부터 10년간 1조5000억원을 지원할 예정이다. 지금까지 589개 과제에 7589억원의 연구비를 집행했다. 삼성전자는 기업의 사회적책임(CSR) 비전 '함께 가요 미래로! Enabling People' 아래 삼성미래기술육성사업, 스마트공장, C랩 아웃사이드, 협력회사 상생펀드 등 상생 활동과 청소년 교육 사회공헌활동을 펼치고 있다.



monarch@fnnews.com 김만기 최갑천 기자

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