국내 연구진이 차세대 메모리 소자로서 큰 관심을 끌고 있는 저항변화 이산화티타늄(TiO₂) 물질의 저항 변화 원인을 나노 스케일에서 규명하는 데 성공했다.

18일 교육과학기술부에 따르면 서울대 재료공학부 황철성 교수팀 연구결과, 부도체 이산화티타늄의 저항 변화는 전기 신호에 의해 부도체 내에 수 나노미터(1nm = 10억분의 1m) 굵기를 갖는 도체 선이 필라멘트 형태로 생성ㆍ소멸이 반복적으로 나타나기 때문인 것으로 밝혀졌다.

부도체 내에 도체 필라멘트가 반복적으로 생성ㆍ소멸됨을 밝힌 것은 처음으로, 유사한 산화물ㆍ황화물 또는 고분자 재료에서의 저항 변화 현상에 대한 연구와 이를 응용한 메모리 반도체 소자 개발에 큰 도움을 줄 것으로 예상된다.

이번 연구성과는 영국에서 발행되는 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)' 온라인판 17일자에 소개됐다.

저항 변화 현상은 수십 나노미터 두께의 이산화티타늄과 같은 부도체 재료에 적절한 전기신호를 가하면 그 저항이 수천∼수만 배 변화하고 이 현상이 반복적으로 잘 제어되는 것을 의미한다.

이 같은 현상을 지닌 재료를 반도체 메모리 소자에 응용하면 현재 메모리 칩의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다.

연구진에 따르면 기존 DRAM과 같은 소자는 전하를 축전기에 저장해 데이터를 기록하는 반면 RRAM과 같은 저항 변화 소자는 어떤 물질의 전기 저항을 전기적인 신호를 통해 높게 하거나 낮게 하는 방식을 통해 데이터를 기록한다.

따라서 극초소형 메모리 소자의 성능을 획기적으로 높일 수 있고 현재의 2차원적인 소자를 다층식으로 3차원 소자를 만드는 것도 가능하다.

이런 점에서 이산화티타늄은 저항 변화 현상이 매우 안정적으로 잘 나타나 메모리 소자로 인기를 끌어왔다.

황 교수는 "이번 연구로 이미 상용화에 근접해 있는 상변화 메모리 소자와의 연계를 밝힘으로써 차세대 메모리 연구에 큰 방향을 제시했다"고 자체 평가했다.