[논문 읽기] 3D DRAM 2T0C IGZO TFT
[논문 읽기] 3D DRAM 2T0C IGZO TFT
행복-금으로 ski resort에서 하루를 잘 보내고, 다음날 소식을 파악하다가 눈에 띄는 소식을 만났습니다. 중국 연구팀이 3D DRAM 성과를 내놓았네요.
Tom’s Hardware에서 Anton Shinov가 소식을 전합니다. Chinese researchers hail breakthrough in DRAM-like cells, which could be used in embedded or 3D stacked memory — absence of manufacturing detail casts doubt on mass production | Tom's Hardware
TrendForce에서 먼저 다루었네요.
(발췌) IME CAS Achieved Major Progress in High-Density 3D DRAM Research
A research team from the National Key Laboratory of Integrated Circuit Manufacturing Technology at the Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Sciences (IME CAS), in collaboration with the Beijing Superstring Academy of Memory Technology（SAMT） and Shandong University, has proposed a novel dual-gate 4F² 2T0C memory cell architecture.
By adopting an in-situ metal self-oxidation process, the technology enables self-aligned integration of the read and write transistors within a 4F² memory cell. Combined with multi-level storage techniques, it can further increase storage density.
Test results show that the vertical dual-gate transistor delivers excellent on-state current and subthreshold swing, along with strong reliability performance in 85 °C thermal stability tests, achieving −22.6 mV (NBTS) and 87.7 mV (PBTS). The transistor thus combines high performance with high stability. Based on this device, the 4F² 2T0C cell supports 4-bit multi-level storage, achieving a write time of 50 ns and data retention exceeding 300 s, demonstrating strong technological potential.
Nat. Comm. 2025 Dec. 따끈따끈한 논문입니다.
저는 이전에 살펴봤던 주제이기에- 누가 한 걸까? 어느 연구팀일까?? 내가 아는 그 연구팀이 맞을까??? 궁금해졌습니다. 확인하려고 논문을 읽어봅니다.
Fuxi Liao, Zhengyong Zhu, Zihan Li, Guanhua Yang, Menggan Liu, Kaifei Chen, Wendong Lu, Zijing Wu, Xuanming Zhang, Naide Mao, Bok-Moon Kang, Jinghong Shi, Xie-Shuai Wu, Meichen Jin, Chang liu, Jing Zhang, Yong Yu, Gui-Lei Wang, Congyan Lu, Jinshan Yue, Lingfei Wang, Jiawei Wang, Di Geng, Nianduan Lu, Chao Zhao, Arokia Nathan, Ling Li & Ming Liu
맞네요. 중국 연구팀입니다. 교신 저자가 4명입니다. Gunhua Yang, Chao Zhao, Arokia Nathan, Ling Li.
저는 잠시 Ling Li와 같은 사무실을 썼습니다. 2012년 초, 저는 경희대학교 Information Display학과에서 박사후연구원 (Post Doc)을 하고 있었고, 제가 떠날 때 쯤, 이분이 연구팀에 합류하였고- 짧은 기간 같이 사무실을 썼습니다. 그 때 제가 결혼을 해서- 결혼축의금(!)까지 받았습니다. 한국말 잘 못하는 중국 사람에게- 축의금 봉투를 받을 때는 기분 묘했습니다. 그런데 20년 넘게 지난 다음, 이 분의 논문을 읽으며 저는 감탄하고 있습니다!
Tom’s와 TrendForce에서 조금은 자극적으로 다루기도 하겠으나, 중요한 내용인 건 분명하다고 생각합니다. 괜히 Nature Communications에 실린 거는 아닙니다. 기술에 관한 논문이지만- 과학적으로도 상당한 가치, 다른 말로 중요성이 있기에 그런 거라 생각합니다.
토요일 저녁임에도 불구하고- 논문을 꼼꼼히 읽어보았습니다. pdf로 9쪽. 상당한 내용을 ‘Supplementary Figure’등으로 뺐기에, 논문의 내용은 좀 있는 편이라 생각합니다. 저는 감탄에 감탄을 하며 읽었습니다.
DRAM 분야의 next big step은 3D 입니다.
여러 방식을 전세계 여러 연구자들이 시도하는데- 유먕한 기술이 Oxide TFT 계열입니다.
이걸 중국 연구팀이 최근 (지난 5년간) 선도해 오고 있습니다. Oxide TFT는 Display쪽에서 많이 발전한 기술입니다. 그걸 반도체(Semiconductor) Memory 분야로 접목시키는 겁니다. Oxide TFT는 일본 동경대 연구팀을 비롯 이 원천 기술을 개발하였고, LG display와 미국 Apple이 기술개발과 상용화를 하였습니다. 그걸 중국 연구팀이 활용하였습니다.
참고로 NAND 분야는 2D에서 3D로의 전환이 있었습니다. 당시 개발&양산을 하던 5팀(7회사) 삼성, SK Hynix, 도시바->Kioxia+SanDisk(중간에 Western Digital), Micron(+Intel), Yangtze에서 각기 앞서거니 뒤서거니 연구&개발하였습니다. 한국 삼성이 제일 먼저 상용화 하였습니다.
DRAM분야에선 어떨까요? 2026년의 상황을 제가 정리하면~ 3D로 DRAM을 구현하는 데는- 세부적으로는 다양한 갈래가 있습니다. 각 회사별로 여러 시도를 하고 있고, idem 이나 VLSI 같은 학회에서 매년 모여 발표하면서- 연구 결과를 공유하고 있습니다. 여러 방법이 장점과 단점이 있기 때문일 겁니다. 지금의 시점에서 IGZO TFT는 유망한 방법입니다.
현재의 DRAM은 1T+1C를 기반으로 하는데- 3D에서 1T+1C는 좀 어려움이 있는 가 봅니다. 여러 궁리를 거쳐 다양한 방법이 제안되고 있는데~ 2T0C는 특히나 이 연구팀에서 많이 이야기하고 있습니다.
DRAM 분야의 next big thing인 3D를,
세계에서 가장 앞서 연구하는 중국 연구팀입니다.
IGZO TFT로 2T0C 구조를 도입합니다.
일본과 한국과 미국이 먼저 개발하고 활용한 TFT, Oxide, IGZO를 반도체 memory분야에 도입하려는 시도입니다.
중국이 NAND에서는 Yangtze로 성공적으로 자리잡았고, DRAM에서는 CXMT가 성공적으로 자리잡았습니다. 2025년 연간 기준으로 CXMT가 흑자 달성했다네요!
(물론 같은 해에 SK Hynix와 삼성전자는 ‘어마어마한 흑자‘를 달성했긴 합니다. 하지만 어쨌든 CXMT가 어마어마한 투자 (장비를 비롯한 돈, 사람 등등)을 지난 몇 년간 해왔고- 기술 자립화를 이루었을 뿐만 아니라, ‘흑자 달성‘을 했습니다. )
Moore의 법칙, 반도체 Scaling (소자 크기 축소)는 거의 한계에 와 있습니다. HBM등의 stack형으로 새로운 방향은 존재하고, 이것은 이것대로 연구&개발 진행 중입니다. 보다 전통적인 방식인 1x, 1y, 1z, 1a, 1b, 1c 크기 줄이기 방식은… 10nm근처에서 정말 어려워진 상황입니다. 대안은 무엇일찌? SK hynix를 비롯한 여러 회사, 상당한 연구원들이 이리저리 궁리를 하고 있습니다. 2026년 지금의 상황에서 ’살펴봐야할 기술’로 이 연구팀의 연구를 소개합니다.
CAS Chinese Academy of Science, 중국과학원입니다. 여러 저자 중에 대부분은 중국인이고, 다른 경우는 Arokia Nathan 한 분 입니다. 이분이 또한 이야기꺼리가 있는 분이라~ 질문 주시면 설명 드리겠습니다.
Nature Communication 입니다. 대단한 학술지이지요.
세계 반도체 연구 및 개발의 한 축을 제대로 보여주는 ‘중국 연구팀‘입니다. 그 연구팀에 아는 이름이 있어- 오늘도 놀래고~ 반가움과 두려움을 모두 느끼며- 이 소식을 blogger에 전합니다
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