[더테크 이승수 기자] 메모리 반도체의 핵심 원리인 ‘전기 스위칭’ 순간이 국내 연구진에 의해 처음으로 규명됐다. 차세대 AI 시대에 요구되는 초고속·저전력 메모리 개발의 기반이 마련됐다는 평가다.

KAIST 생명화학공학과 서준기 교수 연구팀은 경북대 이태훈 교수 연구팀과 공동으로 메모리 단위 소재 내부에서 전기가 켜지고 꺼지는 순간과 작동 원리를 최초로 규명했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.

AI 확산으로 데이터 처리량이 급증하면서 메모리 전력 소비는 반도체 산업의 핵심 과제로 떠올랐다. 현재 데이터센터 전력 사용의 상당 부분이 메모리와 저장장치에서 발생하는 만큼, 스위칭 원리를 이해하는 것은 에너지 절감 기술의 출발점으로 꼽힌다.

연구팀은 극저온 환경에서 물질을 순간적으로 녹였다가 빠르게 냉각하는 실험을 통해 ‘비정질 텔루륨’을 나노 소자 내부에서 안정적으로 구현하는 데 성공했다. 비정질 텔루륨은 원자가 불규칙하게 배열된 상태로, 더 빠르고 전기를 적게 사용하는 차세대 메모리 핵심 소재로 주목받는다.

특히 이번 연구는 전기 스위칭이 발생하는 전압·열 조건과 에너지 손실 구간을 구체적으로 규명한 것이 핵심 성과다. 분석 결과 스위칭은 한 번에 일어나는 것이 아니라 결함을 따라 전류가 급증한 뒤 열이 축적되며 물질이 녹는 ‘두 단계 과정’으로 진행되는 것으로 확인됐다.

연구팀은 과도한 전류 없이도 비정질 상태를 유지한 채 전압이 스스로 커졌다 작아지는 ‘자가 진동’ 현상 구현에도 성공했다. 이는 복잡한 재료 조합 없이 텔루륨 단일 원소만으로 안정적인 스위칭이 가능함을 의미한다.

이번 성과는 메모리 소재 수준에서 전기 스위칭 원리를 처음으로 실험적으로 규명한 연구로 평가된다. 향후 전력 소비를 크게 줄이면서도 더 빠른 차세대 메모리 설계의 핵심 기준이 될 전망이다.

AI와 데이터센터 전력 사용이 급증하는 상황에서, 원리 기반 저전력 메모리 기술은 반도체 경쟁력의 핵심 축으로 부상하고 있다.