[교양이 되는 반도체] 저항의 변화를 읽는 메모리 반도체, ReRAM

[교양이 되는 반도체] 저항의 변화를 읽는 메모리 반도체, ReRAM: 이예담 / 기사승인 : 2021-04-06 00:47:47

데이터를 저장하는 역할을 하는 메모리 반도체. 메모리 반도체는 전원이 끊겼을 때, 데이터를 저장하는지에 따라 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리로 분류할 수 있다.

지난 기사에서는, 비휘발성메모리 이면서, 빠른 처리속도를 가지고있는 차세대 반도체 중 하나인 'PRAM'을 이야기했다.

이번 기사에서는 대표적인 차세대 반도체 중 하나인 ReRAM에 대해서 이야기하고자 한다.

[출처 : 위비트 나노]

ReRAM(Resistive Random Access memory)은 '저황변화 메모리'라고 이야기할 수 있다. 말 그대로 물질에 전압을 가할 때, 재료에 일어나는 저항 변화를 이용해 정보를 저장하는 메모리이다.

구조는 두 개의 금속 전극 사이에 부도체(금속 산화물)를 삽입한 구조이다. 저항이 큰 부도체에 높은 전압을 가하면 전류가 흐르는 통로가 형성되고, 저항이 작은 '도체' 상태로 바뀌는 특성을 이용해 데이터를 저장한다.

먼저 상부 전극에 큰 전압을 가하면, 금속 산화물에 있는 산소 원자가 이온화 되어 음전화가 생기면서 양전극인 상부 전극으로 이동하게 된다. 산소가 빠져나간 자리는 산소 결함(Oxygen vacancy)이 생기고, 이 결함이 두 전극 사이에 전류가 흐를 수 있도록 하는 통로, 즉 낮은 저항 상태가 된다. 이를 SET상태라고 한다.

이때, 상부 전극에 -전압을 걸면, 상부 전극에 있던 산소 가스가 다시 산소 결함 영역으로 이동하여 저항이 커지게 되고, 통로가 끊기게 된다. 이를 RESET상태라고 한다.

ReRAM은 낸드 플래시보다 동작이 100배 이상 빠르며, 5V 이하의 낮은 전압에서 작동할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 데이터 보유 시간이 최대 10년으로 비교적 높은 편이며, 구조가 간단하여 디스플레이 소자로의 응용 가능성을 갖고 있다. 하지만, ReRAM의 재료인 저항변화 물질의 공정이 까다롭다는 단점이 있어, 대량 생산화를 위해서는 아직까지도 많은 연구가 필요한 상황이다.