[쿠키과학] 'AI 시대 메모리 혁신'… ETRI, 저전력·고집적 DRAM 제시

인공지능(AI) 시대에 필수적인 저전력·고집적 메모리 한계를 넘어설 차세대 DRAM 구조가 제시됐다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 디스플레이 공정에서 활용되는 산화물 반도체 트랜지스터(TFT)를 적용해 별도의 캐패시터 없이 데이터를 저장하는 ‘2T0C(2-Transistor-0-Capacitor)’ 구조의 차세대 동적 무작위 기억장치(DRAM)를 개발했다고 14일 밝혔다.

현재 상용 DRAM은 트랜지스터 1개와 캐패시터 1개로 구성된 ‘1T1C’ 구조가 주류다. 

캐패시터는 전하를 저장하는 핵심 부품이지만, 공정 미세화가 진행될수록 제작 난도가 높아지고 전력 소모가 증가하는 구조적 한계가 지적돼 왔다.

ETRI 연구팀은 이를 해결하기 위해 누설 전류가 적고 전하 유지 특성이 뛰어난 산화물 반도체를 적용했다. 

연구팀은 알루미늄이 첨가된 인듐-주석-아연 산화물(ITZO) 소재로 트랜지스터를 구현하고, 아산화질소 플라즈마 공정을 통해 소자 내부 결함을 정밀하게 제어했다. 

이 과정에서 전하 누설을 억제하고 저장 안정성을 높였다.

또 데이터 판독용 트랜지스터의 가로·세로 비율(W/L)을 최적화해 저장된 전하가 쉽게 사라지지 않도록 설계했다.

그 결과 개발된 메모리는 1000초 이상 데이터를 유지하는 성능을 확보했다. 

데이터를 0과 1로 구분하는 기준인 메모리 윈도우도 기존 대비 약 13배 향상됐다. 

이는 저장 데이터의 안정성과 판독 정확도를 동시에 높인 것으로, 실제 메모리 소자로의 응용 가능성을 크게 끌어올린 성과다.

이번 기술은 기존 실리콘 기반 DRAM의 구조적 한계를 넘어 3차원 반도체 집적과 저전력 컴퓨팅 시스템 구현의 기반이 될 것으로 기대된다. 

특히 산화물 반도체 소재 개발부터 공정, 회로 설계까지 전 주기 기술을 확보했다는 점에서 차세대 반도체 경쟁력 확보에도 의미가 크다.

남수지 ETRI 플렉시블전자소자연구실 책임연구원은 “디스플레이 분야에서 축적된 산화물 반도체 기술이 차세대 메모리 소자에도 적용될 수 있음을 확인했다”며 “고집적·저전력 메모리 기술 확보를 선도하겠다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 과학기술연합대학원대학교(UST) 양차환 석사과정이 제1저자로 참여했고, 연구결과는 지난달 3일 국제학술지 ‘Advanced Science’에 게재됐다.
(논문명: Threshold-Voltage Modulation and N2O Plasma Passivation for Enhanced Retention and Memory Window in Capacitorless 2T0C DRAM Oxide Thin-Film Transistors)