광운대 전자공학과 박하민 교수 연구팀, 

육방정 질화붕소 박막 기반 비휘발성 플래시 메모리 소자 개발

- JCR 응용 물리 분야 Q1 전문학술지 게재 -

- 육박정 질화붕소 박막의 에너지 밴드갭 조절을 이용하여 비휘발성 플래시 메모리의 쓰기 및 지우기 동작 제어 -

본교 박하민 교수(전자공학과 )가 경북대학교 전자공학부 장병철 교수와 함께 신소재 중 육방정 질화붕소 (hexagonal boron nitride) 소재를 전하 저장층으로 사용할 수 있음을 TCAD (Technology computer aided design) 시뮬레이션을 통해 증명했다.

플래시 메모리는 서버, PC, 태블릿, 스마트폰 등 대부분의 IT 기기에서 사용되는 비휘발성 메모리로서 정보 저장의 역할을 담당한다. 현재 플래시 메모리 소자는 실리콘 산화막, 질화막, 산화막으로 구성된 박막 소재를 전하 저장층으로 사용하며, 저장된 전하들에 의해서 소자의 문턱 전압이 변화하는 원리를 가지고 있다. 이러한 플래시 메모리 소자에 실리콘 소재가 아닌 신소재를 적용하여 적은 공간에 더 많은 정보를 저장하고, 더 빠른 동작을 할 수 있는 소자를 개발하는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

기존의 실리콘 산화막, 질화막, 산화막 구조의 경우 질화막의 에너지 밴드갭이 산화막보다 작은 점을 이용하여 전하를 산화막 사이의 질화막에 가두게 된다. 박하민 교수팀은 3개의 층으로 구성된 육방정 질화붕소 박막 중 가운데 박막의 기능화(functionalization)를 이용하여 에너지 밴드갭을 의도적으로 줄이고, 기능화 층에 전하를 가두고 저장하는 방법을 제안했다.

이와 같이 구성된 육방정 질화붕소 전하 저장층을 기반으로 만들어진 비휘발성 플래시 메모리는 각 층의 에너지 밴드갭 조절을 통해서 쓰기 및 지우기 동작을 제어할 수 있음을 보였으며, 쓰기 및 지우기 동작을 위한 전압 펄스의 폭과 횟수에 따라 메모리 소자의 문턱 전압을 제어할 수 있음을 보였다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단과 교육부가 추진하는 BK-21, 중점연구소 사업과 산업통상자원부, 광운대학교의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 전문학술지 Surfaces and Interfaces (JCR Applied Physics 분야 Q1, IF: 6.137) 2022년 7월자 온라인 판에 “Non-volatile flash memory based on Van der Waals gate stack using bandgap tunability of hexagonal boron nitride”의 제목으로 게재되었다.

*Web link: https://doi.org/10.1016/j.surfin.2022.102179