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[IT뉴스]전기 없어도 정보 기록하는 '강유전체 메모리' 원리 찾았다

온카뱅크관리자

2026-10-08 10:37:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> KAIST 
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 왼쪽부터 부얀톡톡 밭조릭 KAIST 연구원, 홍승범 교수, 김승훈 박사과정생. KAIST 제공
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 전기장이 사라져도 전기적 정보를 유지하는 물질인 강유전체 기반 차세대 메모리의 정보 기록 과정이 규명됐다. 
 KAIST는 홍승범 신소재공학과 교수팀이 조병진 전기및전자공학부 교수팀, 독일 드레스덴공대 연구팀과 공동으로 차세대 메모리 소재로 주목받는 하프늄-지르코늄 산화물(HZO)에서 정보가 기록되는 과정을 규명했다고 8일 밝혔다. 연구결과는 6월 15일(현지시간) 국제학술지 '나노 레터스'에 공개됐다.
 강유전체는 전기가 차단돼도 전기적 방향성을 유지해 0과 1의 정보를 비휘발성으로 기록할 수 있는 물질이다. 물질 내부에서 양전하(+)와 음전하(-)가 일정한 방향으로 배열되는 전기적 상태를 분극이라고 한다.
 HZO는 반도체 산업에서 널리 사용하는 하프늄 산화물에 지르코늄을 섞어 강유전성을 부여한 소재다. 기존 반도체 제조 공정에 적용하기 쉬워 차세대 메모리 소재로 주목받는다.
 강유전체에 전압을 가하면 내부에서는 같은 방향의 분극을 띤 아주 작은 영역 '도메인'이 변화한다. 도메인은 같은 전기적 방향을 바라보는 원자들이 모여 있는 작은 구역이다. 새 도메인이 생긴 뒤 도메인이 주변으로 넓어지면서 전체 분극 방향이 바뀌고 정보가 기록되는 방식이다.
 정보 기록 과정은 새로운 도메인이 처음 나타나는 '핵생성'과 이미 생긴 도메인이 주변으로 넓어지는 '성장' 과정이 복잡하게 얽혀 있어 기존 설명으로는 메모리 작동 원리를 충분히 설명하기 어려웠다.
 연구팀은 고해상도 현미경으로 HZO에서 나노미터(nm, 10억분의 1m) 크기의 도메인이 전압에 따라 어떻게 변화하는지 관찰하고 소자 전체에서 측정되는 전기적 변화와 비교·분석했다.
 분석 결과 정보가 기록되는 동안 핵생성과 성장이 동시에 일어나며 정보가 기록되는 것으로 확인됐다. 연구팀은 관찰된 과정을 새로운 이론인 '동시 핵생성-성장(SNG) 모델'로 정립했다. 메모리가 얼마나 빨리 변화하는지를 넘어 정보 기록이 어디에서 시작돼 어떤 방식으로 퍼져 나가는지까지 설명할 수 있다.
 연구결과는 소재의 구조나 제조 공정을 조절해 강유전체 메모리에서 정보 기록이 더 빠르고 균일하게 일어나도록 설계하는 데 활용될 수 있다.
 연구팀은 "빠르고 안정적으로 작동하면서 전력 소비를 줄인 비휘발성 메모리와 인공지능(AI)용 뉴로모픽(신경모방) 소자 개발에도 기여할 수 있을 것"이라고 설명했다.
 홍 교수는 "전원을 꺼도 전기적 상태를 유지하는 강유전체에 정보가 기록될 때는 작은 변화가 곳곳에서 새로 시작되는 동시에 이미 시작된 변화도 주변으로 퍼져 나간다"며 "이번 연구는 두 움직임이 함께 정보 기록을 완성하는 원리를 밝혀낸 것으로 더 빠르고 안정적인 차세대 메모리를 설계하는 새로운 기준이 될 것"이라고 말했다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c01580
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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