차세대 메모리, 희소금속으로 찾는다

인공지능(AI) 확산으로 초고속·저전력 메모리 수요가 커지는 가운데 국내 연구진이 메모리 소자 내부에서 전기가 켜지고 꺼지는 ‘스위칭’이 일어나는 순간을 실시간 관찰하는 데 성공했다.

차세대 메모리 재료로 주목받는 비정질 텔루륨(Te)의 내부 작동 원리를 규명해 향후 전력 소모를 줄인 메모리 신소재를 설계할 길을 열었다는 평가다.

KAIST는 서준기 생명화학공학과 교수 연구팀이 이태훈 경북대 교수팀과 공동으로 소자 내부의 스위칭 과정과 물질 상태 변화를 동시에 포착할 수 있는 실험 기법을 개발했다고 8일 밝혔다. 열에 민감해 전류가 흐르는 순간 성질이 쉽게 바뀌는 텔루륨을 안정적으로 제어할 수 있도록 스위칭이 시작되는 조건과 에너지 손실 구간을 파악했다.

국가 지정 희소금속인 텔루륨은 까다로운 재료로 꼽힌다. 연구팀은 텔루륨을 순간적으로 녹였다가 급속 냉각 방식으로 빠르게 굳히는 방법으로 유리처럼 불규칙한 원자 배열의 ‘비정질 텔루륨’을 구현했다. 반대로 천천히 냉각하면서 바둑판처럼 규칙적인 결정질 상태도 구현했다.

비정질 텔루륨에서는 내부의 미세한 결함이 전도에 중요한 역할을 했다. 전압이 일정 수준을 넘으면 이런 결함을 따라 전류가 먼저 급격히 증가한 뒤, 열이 축적된 후 물질이 녹으며 작아지는 ‘2단계 스위칭’ 과정이 관측됐다.

서 교수는 “비정질 텔루륨의 스위칭 원리를 규명한 첫 번째 연구”라며 “차세대 메모리 및 스위칭 소재의 새로운 기준을 제시했다”고 말했다. 연구 결과는 국제 학술지 네이처커뮤니케이션즈에 실렸다.

최영총 기자 youngchoi@hankyung.com