동국대학교 김성준 교수팀, 6비트 구현하는 3D VRRAM 소자 개발

[글로벌대학팀 김선영 기자] 동국대학교 전자전기공학과 나혜성 석사과정생과 김성준 교수로 구성된 연구팀이 정밀한 펄스 프로그래밍 기법을 활용하여 수직 적층형 저항성 메모리(VRRAM) 소자에서 6비트(64단계)의 세분화 상태를 구현하는 데 성공했다.

이 연구 결과는 ‘Enhanced Reliability and Controllability in Filamentary Oxide-Based 3D Vertical Structured Resistive Memory with Pulse Scheme Algorithm for Versatile Neuromorphic Applications’라는 제목으로, 나노·반도체 기술 분야의 권위 있는 학술지인 Advanced Functional Materials에 2025년 4월 온라인 게재됐다.

연구팀은 Pt/TiOₓ/TiN 구조의 3D VRRAM 소자에 ‘ISPVA(Incremental Step Pulse with Verify Algorithm)’ 알고리즘을 적용해, 다층 구조에서 발생할 수 있는 소자 간 편차와 층간 불균일성으로 인한 정밀 제어의 어려움을 극복했다. 이를 통해 단일 셀에서 64개의 저항 상태를 안정적으로 구현하는 데 성공했으며, 이는 기존의 단순 이진 저장 방식에서 벗어나 다비트(multibit) 메모리로 저장 방식을 확장하는 중요한 성과로 평가된다.

또한, 연구팀은 구현된 각 상태에 대해 내구성(Endurance)과 유지력(Retention)을 실험적으로 검증하여 정밀 멀티레벨 메모리 소자의 실용 가능성과 신뢰성을 입증했다.

김성준 교수는 “나혜성 학생이 서울대학교 반도체공동연구소와 동국대학교 MINT 팹 장비를 활용해 소자를 직접 제작하고, 연구실 내 Keithley 측정장비를 통해 ISPVA 알고리즘을 적용하여 다층 상태를 구현했다”며, 이번 연구가 고신뢰 멀티비트 메모리 구현의 중요한 이정표가 될 것이라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구 사업과 글로벌 기초연구실의 지원을 받아 수행되었으며, 향후 수직적층 집적공정 개발 및 뉴로모픽 기술 기반의 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

김선영 기자 글로벌대학팀 globalu@beyondpost.co.kr