서울시립대학교 물리학과 장영준, 한문섭, 최은집 교수 연구팀이 경희대 박용섭 교수와 함께 낸드플래시 메모리(NAND Flash Memory) 반도체의 핵심물질을 신속하게 분석하는 새로운 분석기법을 개발했다고 3일 발표했다.

낸드플래시 메모리는 스마트폰과 컴퓨터 서버에 널리 사용되는 대용량 저장장치다. 2024년 글로벌 낸드플래시 메모리 시장규모는 약 78조원에 이를 것으로 예상되며, 삼성전자가 가장 큰 시장점유율을 차지하고 있다.

연구팀은 3차원 낸드플래시 메모리 소자에서 실리콘 질화물(SiNx)이 전하 트랩층으로 중요한 역할을 함에도 불구하고, 그 작동 과정을 분석할 방법이 부족하다는 문제에 주목했다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 고해상도의 타원분광법(SE)과 전자에너지손실분광법(REELS)을 통합한 새로운 분석법을 고안했다.

연구에서는 얇은 실리콘 질화물 박막의 전하 트랩층에서 발생하는 광흡수 상태는 타원분광법을 통해 측정하여 표면에서 반사된 빛의 편광 특성을 분석했다. 또 전자빔 반사를 이용해 전하 트랩층의 신호를 검출해 보다 신뢰도 있는 전자구조 정보를 확보했다.

이 기술은 차세대 메모리 반도체 개발에 중요한 기초 연구로서, 미래 반도체 소재 연구에 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 지난 10월 24일 한국물리학회와 네덜란드 엘스비어 출판사가 공동 발행하는 SCI(과학기술논문인용색인)급 국제학술지인 ‘현대 응용 물리학’에 게재됐다.

이 연구는 삼성전자 반도체연구소의 산학연구 및 미래소자 원천기술개발사업, 한국연구재단의 기초연구(집단연구, 중견연구)의 지원을 받아 수행됐다. 연구 과정에서 나노팹센터와 HB솔루션은 시료 분석을 담당했다.