KIMS 해외단신 56호 (2011.01.14)

차세대 메모리 PRAM 실현하는 특수소재

    일본경제신문 전자판은 일본 토호쿠(동북)대학 연구팀이 차세대 메모리로 기대 받고 있는 「PRAM(상변화메모리)」를 실현할 수 있는 유망한 신소재를 개발했다고 밝혔다. 개발된 신소재는 PRAM을 실현하는데 있어 발생하는 “대량의 전력 소비”를 문제를 해결해준다고 한다. 관련 기사에 따르면 신소재는 종래 소재와 비교해 융점이 섭씨 100도 가량 낮아 소비전력을 줄여준다. PRAM은 메모리의 주류인 DRAM과 NAND형 플래시메모리를 대체할 수 있는 가능성이 있어 연구팀은 신소재를 이용해 PRAM의 개발을 더욱 서두를 것으로 예상된다.
    다음은 일본경제신문 전자판 1월 10일자 기사에서 발췌, 번역한 내용이다.

    “PRAM은 정보를 읽고 쓰는 것이 빠르고 전원을 꺼도 정보를 기억할 수 있는 차세대 메모리이다. 온도의 변화로 결정과 비결정질(아모퍼스) 상태가 변하는, 「상변화소재」라 불리는 특수한 소재를 사용한다. 이 소재는 고온에서 급속으로 냉각시키면 아모퍼스로, 저온에서 천천히 냉각시키면 결정이 된다. 결정과 비결정질 전기저항의 차를 이용해 「0」과「1」의 정보를 기억하는 방식이다. 두 개 전극 사이에 상변화 소재의 결정과 히터가 있는 상태가 한 세트로 「1」의 정보를 기억한 상태이다. 히터를 이용해 상변화 소재를 섭씨 600도 이상으로 가열한 후 급속히 냉각시키면 결정이 아모퍼스 상태가 되어 저항이 커진다. 이 상태를 리세트 상태, 다시 말해 「0」의 정보를 기억한 상태이다. 「1」의 정보를 기입할 때에는 더 낮은 섭씨 200~400도까지 가열한 후 천천히 냉각시켜 아모퍼스를 결정 상태로 되돌린다. PRAM은 구조가 단순해 제조비용이 적게 들고 미세화 공정도 쉬워 주목받고 있다. 하지만 게르마늄, 안티몬, 텔루르로 이루어진 상변화 소재(GST)는 변환 시 섭씨 약620도로 가열해야해 가열시 소요되는 소비전력이 큰 걸림돌이었다.

    연구팀은 게르마늄, 동, 텔루르로 이루어진 새로운 상변화 소재를 개발했다. 이 소재는 GST에 비해 약 100도가량 낮은 섭씨 520도 정도에서 아모퍼스로 변화해 정보를 기입할 때 드는 전력소비를 줄일 수 있다. 또한 GST는 아모퍼스 상태의 내열성이 낮아 섭씨 85도 정도의 환경에 장시간 노출되면 결정 상태로 되돌아가 버려 정보가 사라지는 결점이 있었다. 개발한 소재는 아모퍼스 상태의 내열성이 높고 정보가 잘 지워지지 않는다. 섭씨 170도 환경에서도 10년간 정보가 보존가능하다는 사실이 확인됐다. 자동차 관련 등 고온 환경에서 사용하는 메모리에 응용할 수 있다고 한다. 향후에는 실제 메모리를 만들어 변환 속도 및 내구성 등을 검증한다. 변환 시의 가열 온도를 더욱 낮출 수 있는 방법을 연구할 계획이다.

    현재 메모리의 주류는 DRAM과 NAND형 플래시메모리이다. DRAM은 읽고 쓰는 속도가 빠르지만 전원을 끄면 작성한 정보가 사라지는「휘발성」메모리이다. NAND형 플래시메모리는 전원을 꺼도 정보를 계속 기억하는 「비휘발성」이지만 동작 속도는 DRAM의 약 100분의 1로 느리다. PRAM은 「비휘발성」,「읽고 쓰는 속도가 빠르다」는 2개의 장점을 모두 가지고 있어 플래시메모리를 대체할 가능성이 높다고 한다. 스마트폰 및 디지털 카메라 등 휴대형 전자전기 및 컴퓨터, USB메모리 등 다양한 전자기기에 사용될 것으로 기대되고 있다. 한국 삼성전자, 일본 ELPIDA메모리社 등이 연구를 진행하고 있으며 신소재의 등장으로 개발이 더욱 가속화될 전망이다.”