동국대 김성준 교수팀, 멀티비트 메모리의 내구성·신뢰성 높이는 차세대 뉴로모픽 메모리 기술 제시

동국대학교는 전자전기공학과 김성준 교수 연구팀이 정밀한 펄스 프로그래밍 기법을 활용해 3차원 수직 적층형 저항성 메모리(VRRAM) 소자에서 6비트(64단계)의 세분화 상태를 구현하는 데 성공했다고 10일 밝혔다.

멀티비트 메모리의 신뢰성과 제어성을 높여 차세대 메모리 기술의 새로운 기준을 제시했다는 평가다.

연구팀은 Pt/TiOₓ/TiN 구조의 3D VRRAM 소자에 'ISPVA(증분형 스텝 펄스 검증 알고리즘)'를 적용해 소자 간 편차와 층간 불균일성으로 인해 다층 구조에서 발생하는 정밀 제어의 어려움을 극복했다. 또한 단일 셀에서 64개의 저항 상태를 안정적으로 구현하는 데 성공했다.

연구팀은 구현된 각 상태에 대해 내구성과 유지력을 실험적으로 검증했다. 정밀 멀티레벨 메모리 소자의 실용 가능성과 신뢰성을 입증했다.

김 교수는 "나혜성 학생이 서울대 반도체공동연구소와 동국대 MINT 팹 장비를 활용해 직접 소자를 제작하고, 연구실 내 키슬리(Keithley) 측정장비로 ISPVA 알고리즘을 적용해 다층 상태를 구현했다"며 "이번 연구 결과는 기존의 단순 이진 저장 방식을 넘어 멀티비트 메모리로 저장 방식을 확장하는 중요한 성과로, 고신뢰 멀티비트 메모리 구현의 중요한 이정표가 될 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 나노·반도체 기술 분야의 저명한 국제학술지 '첨단 기능성 소재(Advanced Functional Materials)'에 지난달 온라인 게재됐다. 김 교수가 교신저자, 나혜성 석사과정생이 제1저자로 참여했다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구 사업 '축적컴퓨팅 구현을 위한 리텐션 조절 가능한 하프늄 기반 강유전체 소자 기술 및 수직적층 집적공정 개발'과 글로벌 기초연구실 '뉴로모픽 기술 기반 모빌리티 배터리 PHM 글로벌 기초연구실'의 지원을 받아 수행됐다.