ETRI, 캐패시터 없는 차세대 DRAM 구조 구현

[디지털투데이 이진호 기자] 국내 연구진이 차세대 인공지능(AI) 시대에 필요한 저전력·고집적 메모리 기술의 새로운 가능성을 제시했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 별도의 캐패시터 없이도 데이터를 안정적으로 저장할 수 있는 차세대 DRAM 구조를 구현했다고 14일 밝혔다.

연구진은 디스플레이용 산화물 반도체 트랜지스터(TFT)를 활용한 '2T0C(2-Transistor-0-Capacitor)' DRAM 구조를 개발했다. '캐패시터리스 DRAM'이라 불리는 차세대 메모리 방식으로, AI와 데이터 중심 컴퓨팅 시대에서 메모리 기술의 새로운 방향을 제시했다는 게 ETRI의 설명이다.

ETRI에 따르면 기존 DRAM은 트랜지스터 1개와 캐패시터 1개를 사용하는 '1T1C' 구조로, 캐패시터가 전하를 저장하는 역할을 한다. 현재 상용화된 대부분의 DRAM이 1T1C 구조를 활용한다. 하지만 반도체가 작아질수록 캐패시터 구현이 어렵고 공정 복잡성과 전력 소모가 증가하는 한계가 있었다.

연구진은 누설 전류가 적고 전하 유지 특성이 우수한 '산화물 반도체'에 주목했다. 알루미늄이 첨가된 인듐-주석-아연 산화물(ITZO)을 적용하 아산화질소(N2O) 플라즈마 공정을 통해 소자 내부 결함을 정밀 제어해 누설 전류를 억제했다 .데이터를 읽는 트랜지스터의 채널 비율(W/L)도 최적화해 저장된 전하가 쉽게 사라지지 않도록 설계했다.

그 결과 1000초 이상 데이터를 유지할 수 있었으며 데이터를 '0'과 '1'로 명확하게 구분할 수 있는 범위인 메모리 윈도우(memory window)도 약 13배 향상됐다. 이는 데이터를 더 오래, 더 정확하게 저장할 수 있다는 의미다. .

남수지 ETRI 플렉시블전자소자연구실 박사는 "디스플레이 분야에서 발전해 온 산화물 반도체 기술이 차세대 메모리 소자에도 적용될 수 있음을 확인했다"며 "앞으로 3차원 반도체 집적 기술과 저전력 컴퓨팅 시스템 구현에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다"고 밝혔다.

이번 연구는 양차원 UST 과학기술연합대학원대학교 ETRI 캠퍼스 석사과정 학생이 제1저자로 참여했다. 산업통상자원부의 '무기발광 디스플레이 기술개발 사업'과 'ETRI 신개념선행연구사업'의 지원을 받아 수행됐다.