제일원리 계산을 이용한 할로겐화물 페로브스카이트 물질 선별 및 이를 통한 초고속 메모리 소자 제작.[포스텍 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국연구재단은 포항공과대학교(포스텍) 신소재공학과 이장식 교수 연구팀이 할로겐화물 페로브스카이트를 이용, 초고속으로 동작할 수 있는 차세대 메모리인 저항변화메모리 소자를 개발했다고 13일 밝혔다.

저항변화메모리 전원이 꺼지더라도 저장된 정보가 그대로 유지되는 비휘발성 메모리 소자를 말한다.

엄청난 양의 다양한 정보의 교환이 활발해지고 인공지능, 자율주행자동차, 사물인터넷, 5G 등 4차 산업혁명 시대의 신기술의 등장으로 대용량의 정보를 빠른 속도로 처리하고 저장할 수 있는 차세대 메모리 소자에 대한 연구가 필요하다.

할로겐화물 페로브스카이트 소재는 저항변화 특성을 제어할 수 있어 차세대 메모리 소자를 위한 신소재로 주목받아 왔지만 느린 동작 속도가 실용화에 한계점으로 지목돼 왔다.

연구팀은 제일원리계산과 실험적 검증을 통한 초고속 동작이 가능한 할로겐화물 페로브스카이트 소재를 설계, 이를 저항변화메모리 소자로 적용 가능한 기술을 개발했다.

연구팀은 제일원리 계산기법을 적용해 다양한 구조를 갖는 할로겐화물 페로브스카이트 물질들의 물성을 비교했다. 계산을 통해 다이머 구조의 Cs3Sb2I9 할로겐화물 페로브스카이트 소재의 경우 기존 페로브스카이트 소재들보다 빠른 속도의 동작 가능성을 찾아냈다.

실험적 검증을 위해 선정된 소재인 무기물 기반 할로겐화물 페로브스카이트 Cs3Sb2I9를 합성, 이를 메모리 소자에 적용했다.

개발된 메모리 소자는 20ns (1ns=10억분의 1초)의 동작 속도를 보였으며, 같은 조성의 다른 결정구조를 갖는 층상구조의 Cs3Sb2I9를 사용한 메모리 소자에 비하여 100배 이상의 빠른 속도로 동작하는 우수한 특성을 보였다.

이장식 포스텍 신소재공학과 교수.[포스텍 제공]

이장식 교수는 “할로겐화물 페로브스카이트 물질 기반 메모리 소자는 빠른 동작 속도를 가지고 있어 향후 고속 처리능력을 필요로 하는 인공지능, 슈퍼컴퓨터 등의 다양한 전자기기들에 응용될 수 있을 것으로 기대된다”면서 “기존 페로브스카이트 소재에서 문제로 제기되었던 납(Pb)이 포함되지 않은 소재를 이용해 메모리 소자를 제작했기 때문에 환경오염 등의 문제를 해결했다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 6월 10일 온라인판에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com