상온에서 작동하는 탄소나노튜브 비휘발성 메모리 소자가 개발돼 차세대 탄소나노튜브 메모리 소자 시대가 도래할 전망이다.
삼성종합기술원(원장 손욱) 최원봉 박사팀은 탄소나노튜브 위에 실리콘산화막-실리콘질화막-실리콘산화막(ONO)을 적층시켜 메모리 노드의 역할을 하도록 하고 상층 산화막 위에 게이트 전극을 형성시킨 탄소나노튜브 메모리 소자를 제작, 이를 상온에서 동작시키는 데 성공했다고 14일 밝혔다.
이에 따라 탄소나노튜브를 이용한 비휘발성 메모리의 실용화 가능성이 높아졌다.
기존 연구는 실리콘산화막 한층만을 이용한 것으로 저장성이 떨어져 비휘발성 메모리로 사용하기 어려웠으나 이 기술은 비휘발성 메모리에 적용 가능한 ONO를 사용해 메모리 저장기간이 10년 이상으로 늘어났다.
연구팀은 채널 역할을 하는 탄소나노튜브의 나노크기로 인해 메모리 노드 내에 나노크기의 전기장 분포가 형성돼 양자점에 하나의 전자만이 들어가는 ‘쿨롱 차폐(coulomb-blockade) 현상’이 일어나 비휘발성 메모리 효과를 나타냈다고 밝혔다.
탄소나노튜브는 직경이 수십 나노미터의 튜브형 소재로 열전도율이 높아 안정적이며 전기전도도가 기존의 금속에 비해 월등히 높은 특성을 가지고 있다. 반도체소자에 응용할 경우 나노크기 채널로 전자이동을 제어해 저전력으로 소자구동이 가능하며 기존의 실리콘소자와는 달리 도핑을 하지 않아도 되는 등 소자 작동에 매우 유리하다.
이번에 개발된 기술은 테라급 반도체 메모리와 시스템온칩(SOC) 등 차세대 반도체에 적용됨으로써 새로운 나노소자 시장의 창출과 기존 메모리시장의 대체를 통해 2010년 약 l조달러 규모로 추산되는 세계 반도체시장 전체를 주도할 수 있는 역량을 갖추는 데 기여할 것으로 전망된다.
이번 연구결과는 지난해 9월 스페인에서 개최된 나노기술 경향에 관한 국제학회에 초청 발표됐으며 세계적인 권위지인 어플라이드 피직스 레터 1월호에 게재됐다. 연구팀은 현재 이 기술과 관련해 2건의 해외특허를 출원중이다.
<권상희기자 shkwon@etnews.co.kr>