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[사진. (왼쪽부터) 이수진·김민성 석박통합과정생, 김현재 교수]

 

공과대학 전기전자공학과 김현재 교수 연구팀이 전기 신호와 광 신호를 함께 이용해 정보를 저장할 수 있는 새로운 개념의 이중 입력 산화물 반도체 기반 메모리 소자를 개발했다. 이 기술은 기존 메모리 소자 기술보다 더 많은 정보를 저장할 수 있어, 차세대 전자기기에서의 활용 가능성이 크다. 연구 성과는 독일의 Wiley 사에서 발행하는 재료 과학 분야 최고 권위의 학술지 'Advanced Functional Materials(IF 19.0, JCR 상위 4.5%)'에 게재되며 학문적 우수성을 인정받았다. 이번 연구는 차세대 지능형 전자시스템과 센서-메모리 융합 소자 응용에 활용될 수 있는 새로운 소자 개념을 제시하며, 향후 상업적 적용 가능성을 크게 높인 중요한 성과로 평가받고 있다.

[그림. 연구팀이 개발한 전기 및 광 이중 입력 멤트랜지스터 개념도 및 멀티레벨 메모리 특성]

 

기존 산화물 반도체 메모리는 전기적 신호나 광 신호 등 한 가지 신호에 의존해 동작하기 때문에 저장 가능한 정보량에 제약이 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 전기 신호와 광 신호를 함께 활용하는 ‘이중 입력’ 방식의 메모리 구조를 제안했다. 해당 소자는 인듐–갈륨–징크–옥사이드(IGZO) 박막 트랜지스터 구조에 마그네슘 옥사이드(MgOX) 기반 이중 입력 변조층을 도입해 전기 신호와 광 신호를 독립적으로 제어할 수 있도록 설계되었다.

 

실험 결과, 개발된 멤트랜지스터는 전기 및 광 입력 조건에서 독립적인 메모리 동작을 구현했으며, 총 64단계의 전류 상태를 안정적으로 구분할 수 있음을 입증했다. 또한 반복적인 프로그래밍·이레이징 동작과 장시간 동작에서도 우수한 신뢰성과 유지 특성을 보여, 차세대 고집적 메모리 소자로서의 가능성을 확인했다. 이는 향후 지능형 전자시스템, 센서-메모리 융합 소자, 인공지능 하드웨어 등 다양한 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

 

김 교수는 “이번 연구는 단일 입력에 의존하던 기존 메모리 소자의 한계를 극복하고, 전기와 광을 동시에 활용하는 새로운 소자 개념을 제시했다”며 “향후 고성능·고집적 메모리 및 지능형 소자 응용을 위한 핵심 기술로 발전시켜 나갈 것”이라고 밝혔다.