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휘어지는 메모리 최초 개발…‘입는 컴퓨터’ 상용화 기대

유기물 탄소나노복합체 64bit 메모리 어레이 소자 구현 성공

한국과학기술연구원(KIST, 원장 문길주) 전북분원(분원장 홍경태) 복합소재기술연구소 소프트혁신소재연구센터 김태욱 박사팀은 자유롭게 구부러지는 유기물 탄소나노복합체 64bit 메모리 어레이 소자 구현에 성공했다.

이번 연구성과는 세계적 권위지인 ‘네이쳐 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 11월 1일자에 게재됐다.(논문명 : Flexible and twistable non-volatile memory cell array with all- organic one diode-one resistor architecture)

현재 주로 사용되고 있는 메모리는 실리콘(Si)을 기반으로 한 딱딱한 무기물 소재로 휘는 성질을 가지기 위해서는 탄소(C)를 기반으로 한 유기복합체로 메모리를 만들어야 한다. 개발된 메모리는 이런 유기소재를 상온에서 일렬구조로 쌓고, 기판 위 원하는 장소에 소재를 위치시킬 수 있는 기술을 사용했다. 이러한 기술은 메모리 소자의 저장용량을 크게 하기 위한 핵심기술이지만 현재까지 구현된 적이 없고 휘어지는 기판 위에 실현하기에 기술적 난이도가 매우 높아 구현되기 힘들었다.

연구팀은 이러한 특성을 가지면서 휘어지는 상황에서도 데이터 구동이 정확하게 이뤄질 수 있도록 한쪽 방향으로 전류를 흐르게 할 수 있는 기술을 개발했다.

과거에는 개별 메모리소자를 격자구조로 제작해 용량을 늘리는 과정에서 인접한 소자(Cell)들간의 간섭으로 인해 데이터가 정확한 위치에서 저장 및 삭제가 되지 않아 상용화가 어려웠다. 때문에 메모리를 단순히 휘어지게 제작하는 것 외에 이러한 간섭을 해결해 정확하게 구동할 수 있는 방법에 대한 연구가 꾸준히 진행됐다.

이번 연구에서는 탄소나노복합체를 기반으로 한 유기 메모리 소자(Resistor)와 전류방향을 제어할 수 있는 유기 다이오드(Diode)를 층층이 쌓았다. 전류방향을 제어해 전류가 한 방향으로 흐르게 되면, 데이터 재생 및 삭제 능력을 조절할 수 있어 인접한 소자로부터의 간섭현상을 제어할 수 있다. 이러한 구조의 소자는 1D-1R(1 Diode + 1 Resistor) 형태로 자유자재로 접혔다 펴지는 성질을 가지면서 정확한 데이터 처리능력을 가지게 된다.

기존 유기 메모리 소자는 스핀코팅(Spin-coating) 방법으로 제작되나 이 방법은 연속적인 공정에서 유기 다이오드 층(1D)과 유기메모리층(1R)이 손상되는 문제점이 있다. 연구팀은 저온공정에서 패턴을 만들 수 있는 특별한 크로스링커(Crosslinker) 제작방법을 이용함으로써 이같은 문제점을 해결했다. 크로스링커 방법은 연속적인 층을 만드는 공정에서 유기메모리 층과 유기다이오드 층이 서로 손상을 입히지 않는 것이다.

이를 통해 대부분의 구부러지는 성질을 가진 플라스틱 기판에 적용할 수 있는 유기물 구조를 가지면서 64bit의 저장능력과 전원이 차단돼도 저장능력이 사라지지 않는 비휘발성 메모리 소자를 개발에 성공할 수 있었다.

김태욱 박사는 “이번 연구는 기존 구조의 유기 메모리 소자 연구의 최대 난제를 해결할 수 있는 연구방향을 제시한 것으로, 향후 휘어지는 전자소자 및 부품 연구에 광범위하게 기여할 수 것으로 기대된다”고 말했다.
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