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한양대학교 융합전자공학부 송윤흡 교수와 신소재공학부 박진성 교수 연구팀이 세계 최초로 차세대 3D NAND Flash 메모리의 성능과 신뢰성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 새로운 하이브리드 채널(Hybrid-Channel, HC) 구조와 신규 계면 물질을 개발했다고 29일 밝혔다.
3D NAND Flash는 초고집적 메모리 시장을 선도하는 핵심 기술이지만, 기존 Poly-Si(다결정 실리콘) 채널은 전자 이동도가 낮아 성능 개선이 쉽지 않았다. 이를 대체하기 위해 HC 구조 연구도 제시되었지만, 산화물 반도체의 결정화 과정에서 계면 산화와 소자 변동성 지방자치단체 수 이 뒤따르는 한계가 있었다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 Poly-Si와 ALD(원자층 증착법) 기반 산화물 반도체(In-Ga-O, IGO) 채널 사이에 초박막 Ga₂O₃ 또는 Al₂O₃ 계면층을 삽입하는 새로운 HC 구조를 고안했다. 그 결과, Poly-Si 계면 손실을 기존 5nm에서 1.7nm로 줄이고, 계면 산화 성장을 무보증 신차 장기렌트 7.4nm에서 2.5nm로 억제하는 데 성공했다. 이를 통해 문턱 전압 변동이 절반 수준으로 개선됐으며, 셀 전류 밀도와 이동도가 크게 향상됐다. 특히 전계 효과 이동도는 100cm²/V·s 이상을 기록하며 차세대 메모리 소자로서의 가능성을 입증했다.
이번 성과는 단순히 3D NAND Flash 셀에서 고이동도 채널을 확보하는 수준을 넘 예금은행 어, 수직 3차원 트랜지스터 채널에 산화물 반도체를 접목해 저전력·고성능 소자를 구현할 수 있는 기반 기술을 마련한 것이다. 향후 고성능 선택소자와 로직 소자 개발로까지 확장될 수 있으며, 차세대 3차원 반도체의 핵심 기술로 자리 잡아 고집적·초고속·저전력 메모리 및 파운더리 산업 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.
연구팀은 “이번 성 미즈사랑 대출 과는 세계 최초로 신개념 채널 구조와 물질 조합을 실험적으로 검증한 결과라는 점에서 의미가 크다”며, “초고집적·고성능 메모리를 요구하는 미래 반도체 산업에 새로운 돌파구를 열 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 삼성전자와 한국연구재단 혁신연구선도센터의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 소재 분야 세계적 학술지 『Advanced 하나은행 패밀리론 Functional Materials』(IF=19.0) 9월 온라인 게재됐다.
해당 논문 「Enhanced Device Characteristics of Hybrid-Channel (Poly-Si/IGO) Structures with Ga2O3andAl2O3Interlayersby Suppressing Oxidation-Induced Variabilityfor Ultra-High-Density 3D NAND Flash Memory Applications」
에는 한양대 황태원 박사과정생(신소재공학부)과 신정민 석사과정생(융합전자공학부)이 공동 제1저자로, 송윤흡 교수와 박진성 교수가 공동 교신저자로 참여했다.
김나혜 인턴기자 kim.nahye1@joongang.co.kr