엑시톤을 정보 단위로 활용해 개발 성공
포스텍(포항공대) 박경덕 교수 연구팀이 기존보다 수십만 배 많은 정보를 담을 수 있는 광데이터 저장 기술 개발에 성공했다.
최근 스마트폰 사진 한 장 용량은 10년 전보다 10배 이상 커졌다. 여기에 초고화질 영상에다 인공지능(AI) 서비스까지 더해지면서 생성·처리되는 저장 공간에 대한 수요 역시 빠르게 늘고 있다.
하드디스크든 USB든 기존 장치들의 경우 전기 스위치를 켜고 끄는 것처럼 한 칸(셀·cell)에 '0'과 '1' 두 가지 상태로만 정보를 기록한다.
때문에 더 많은 정보를 저장하려면 정보 저장 칸을 더 많이 만들어야 한다.
그러나 많은 정보 저장을 위해 한 칸의 크기를 줄이다 보면 전기적 간섭과 물리적 한계에 부딪히게 된다.
특히 빛을 활용한 광 저장 기술은 빛이 퍼지는 성질 때문에 나노미터(nm·10억분의1미터) 수준까지 집적도를 높이기 어렵다는 한계가 있다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 반도체 내부에서 빛과 전자가 결합해 형성되는 입자인 '엑시톤'에 주목했다.
엑시톤은 빛과 전자의 특성을 모두 가진 입자로, 하나의 저장 셀에서 여러 단계의 정보를 표현할 수 있는 특성이 있다.
연구팀은 엑시톤의 특성을 활용하기 위해 '금속-절연체-반도체'를 쌓아 올린 나노 터널 접합 장치를 만들었다.
이 구조에서 전하 이동을 미세하게 조절하면 엑시톤이 또 다른 입자 상태로 변하면서 빛의 세기를 달라지게 한다.
연구팀은 이를 이용해 약 60nm 크기 단일 셀에서 3단계 이상의 발광 상태를 구현하는 데 성공했다. 또 저장층 두께를 15nm 이하(머리카락 굵기 5천분의1)로 얇게 만들어, 소자를 더욱 촘촘히 쌓을 수 있도록 했다.
빛을 이용해 데이터를 읽고 쓸 수 있는 이 기술은 저장공간 확보뿐 아니라 장치의 마모와 손상을 줄이는데도 효과적인 것으로 나타났다.
논문 제1저자인 이형우 박사는 "이번 연구는 빛의 세기가 아닌 반도체 내부 엑시톤의 상태 자체를 정보 단위로 활용했다는 점에서 의미가 크다"면서 "앞으로 데이터센터와 인공지능 서버, 차세대 반도체 메모리, 스마트 기기 등 여러 분야에 적용될 것으로 기대된다"고 했다.
