이 연구는 열 확산 제어 기술을 활용하여 초저전력·고성능의 상변화 메모리 및 멤리스터 소자를 개발하고, 이를 기반으로 차세대 저장장치(Storage Class Memory, SCM)와 지능형 반도체 분야를 선도할 수 있는 핵심 기술을 확보하는 것을 목표로 한다. 1차년도에는 열전 효과를 활용한 설계 전략을 수립하고, 소자 단위의 시뮬레이션 분석을 통해 이방성 열 확산 메커니즘을 규명함으로써, 고집적화가 가능한 헤테로 구조 기반 상변화 메모리의 구조 최적화를 수행하였다. 2차년도에는 이러한 메커니즘을 바탕으로 self-selecting 특성을 갖춘 칼코제나이드계 물질을 활용하여 열 간섭을 제어할 수 있는 상변화 메모리/멤리스터 데모 소자를 제작하고, 초저전력 구동과 고신뢰성 전기적 특성을 검증하였으며, 시냅스 특성 확보를 통해 뉴로모픽 응용을 위한 기반 기술도 마련하였다. 3차년도에는 1S1R(one selector–one resistor) 구조의 공정 조건과 어레이 스케일을 최적화하고, 32×32 어레이 수준에서의 열 간섭 제로 동작을 실증함으로써 고성능, 고집적 상변화 메모리 시스템으로의 확장 가능성을 제시하였다. 이 기술은 기존 상변화 메모리의 한계를 극복하고, 열 확산을 정밀 제어하여 에너지 손실을 줄이는 동시에 신호 간섭을 최소화할 수 있는 혁신적인 접근 방식으로, 향후 SCM 대체 기술로서의 경쟁력을 확보할 수 있다. 또한 뉴로모픽 시스템, AI 가속기, In-Memory Computing 및 고성능 데이터베이스 등 다양한 지능형 반도체 플랫폼에도 확장 적용이 가능하여, 차세대 메모리 아키텍처 형성과 국내외 시장 주도권 확보에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

고려대학교 산학협력단

2024년 2월 - 2024년 11월