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[단독] 삼성, HBM 다음 승부수…차세대 '3D D램' 연구 구체화

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AI 핵심 요약

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  • 삼성전자 연구진이 23일 HBM 이후 3D D램 연구를 공개했다
  • 산화물 반도체로 누설전류를 줄이는 구조를 시뮬레이션했다
  • 적층 확대 땐 배선 간섭과 신뢰성 확보가 과제로 남았다

!AI가 자동 생성한 요약으로 정확하지 않을 수 있어요.

평면 미세화 한계 넘어 수직 적층 구조 검토
실물 제작 전 선행연구…배선 간섭은 과제

[서울=뉴스핌] 김정인 기자 = 삼성전자가 고대역폭메모리(HBM) 이후를 겨냥해 D램 셀 구조 자체를 바꾸는 차세대 기술 연구를 구체화하고 있다. 기존 평면 D램을 수직으로 적층하는 3차원(3D) 구조와 누설전류를 줄일 수 있는 산화물 반도체를 적용하는 방안을 검토하며 미래 D램의 한 방향을 제시했다.

◆ HBM 이후 겨냥한 3D D램 선행연구

23일 삼성전자에 따르면 삼성전자 소속 연구자는 지난 21일 유럽 반도체 연구기관 imec과 루벤가톨릭대학교(KU Leuven), 반도체 장비업체 램리서치(Lam Research) 연구진과 함께 산화물 반도체 채널을 적용한 모놀리식 3D D램 구조를 다룬 공동 논문을 발표했다.

논문 제1저자의 소속에는 삼성전자와 imec, KU Leuven이 함께 기재됐다. 해당 논문은 국제전기전자공학회(IEEE)의 전자소자 분야 학술지인 'IEEE Journal of the Electron Devices Society' 게재가 승인됐다.

이번 연구는 실제 D램 소자를 제작하거나 성능을 실험으로 검증한 결과는 아니다. 연구진은 공정 에뮬레이션과 소자 시뮬레이션, 기생성분 추출, 해석 모델링을 결합해 제안한 구조의 구현 가능성과 기술적 과제를 분석했다.

논문 역시 완전히 적층된 3D 게이트올어라운드(GAA) 산화물 반도체 소자의 직접적인 실험 검증은 아직 이뤄지지 않았다고 명시했다. 제품 개발이나 양산 기술 확보 단계가 아니라 차세대 D램 구조의 가능성을 검토한 선행 연구라는 의미다. 

삼성전자 화성캠퍼스 전경. [사진=삼성전자]

◆ 산화물 반도체로 누설전류 한계 낮춰

3D D램은 셀을 옆으로 더 작게 줄이는 대신 수직으로 세우거나 여러 층으로 쌓아 집적도를 높이는 구조다. 현재 D램은 셀이 작아질수록 저장할 수 있는 전하량이 줄고, 정보를 보관하는 동안 트랜지스터를 통해 전류가 새는 문제도 커져 평면 미세화만으로는 한계가 있다.

연구진은 이를 보완할 후보 소재로 기존 실리콘 대신 비정질 인듐·갈륨·아연 산화물(a-IGZO)을 적용했다. IGZO는 전류가 흐르지 않을 때 발생하는 누설전류가 적고 증착 방식으로 형성할 수 있어 여러 소자층을 순차적으로 쌓는 모놀리식 구조에 유리한 소재로 꼽힌다. 수직 비트라인과 수평 워드라인을 갖춘 3D D램 셀을 가상 공정으로 구현한 뒤 셀 크기와 배선 간격에 따른 전류 특성, 저장용량, 신호 감지 조건을 분석했다.

시뮬레이션 결과 산화물 반도체를 적용하면 기존 실리콘 기반 D램보다 누설전류 부담을 줄일 가능성이 있는 것으로 나타났다. 연구진이 제시한 최적 구조는 셀 단위 시뮬레이션에서 D램 동작에 필요한 전류와 데이터 보존 조건을 충족하는 것으로 계산됐다.

다만 실제 배열이나 제품 수준의 성능을 뜻하지는 않는다. 실제 측정값이 아니라 시뮬레이션과 해석 모델을 통해 산출한 결과다.

산화물 반도체 채널을 적용한 모놀리식 3D D램 구조. 수직 비트라인과 수평 워드라인을 여러 층으로 쌓는 방식이다. [사진=Optimization of 3D-DRAM Architecture with Oxide-Semiconductor Channel through Process and Device Simulation 논문 갈무리]

◆ 적층 늘수록 신호 간섭은 과제

논문은 3D D램에 적용했을 때 셀과 배선이 서로 어떤 영향을 주는지도 함께 분석했다. 실제로 여러 층을 쌓을 경우 배선 간 간섭이 커질 수 있는 만큼, 적층 과정에서 생길 수 있는 설계상의 한계까지 짚었다.

연구진은 산화물 반도체를 적용하더라도 셀을 여러 층으로 쌓는 과정에서 새로운 문제를 찾았다. 워드라인과 비트라인 등 배선 사이의 거리가 지나치게 가까워지면 서로의 전기 신호에 영향을 줘 저장된 정보를 정확하게 읽기 어려워질 수 있었다. 

특히 트랜지스터와 배선을 연결하는 구간을 지나치게 줄이면 워드라인과 비트라인 사이의 전기적 간섭이 커져 신호 감지 성능이 떨어질 수 있었다. 연구진은 안정적인 동작을 위해 일정 수준 이상의 간격을 확보해야 한다고 제시했다.

이는 3D D램이 단순히 셀을 많이 쌓는다고 완성되는 기술이 아니라는 의미다. 적층 수를 늘리면서도 셀 크기와 배선 간격, 저장용량, 신호 전달 성능을 함께 맞춰야 한다.

논문도 공정 통합과 소자 신뢰성, 셀별 보존시간 편차와 최악 조건에서의 성능 등은 후속 연구가 필요한 과제로 남겼다.

이번 논문은 삼성전자의 공식 제품 로드맵이나 양산 계획을 공개한 자료는 아니다. 다만 삼성전자 연구진이 세계적인 반도체 연구기관과 장비업체 연구진과 함께 차세대 3D D램 구조와 구현 과제를 구체적으로 검토했다는 점에서 HBM 이후를 대비한 삼성전자의 미래 메모리 연구 방향을 보여주는 사례로 평가된다. 

kji01@newspim.com

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정부·軍, 호르무즈 파병 실무 착수 [서울=뉴스핌] 오동룡 군사방산전문기자 = 정부와 군(軍)이 호르무즈 해협에 해군 군수지원함, P-8A 포세이돈 해상초계기, 폭발물처리(EOD) 전력 등을 파견하는 방안을 놓고 구체적인 실무 준비에 착수한 것으로 알려졌다. 실제 파병이 성사될 경우 2004년 자이툰부대 이라크 파병 이후 22년 만의 미국 요청에 따른 해외 파병이 될 전망이다. 다만 청와대는 "관련된 사안은 결정된 바 없다"며 "최종 결정 단계는 아니다"라는 입장을 밝혔다. 지난해 10월 1일 오전 경기 성남시 서울공항에서 열린 '건군 76주년 국군의 날 기념식'에서 해군 해상초계기(P-8A)가 전투기 호위를 받으며 비행하고 있다. [사진 = 뉴스핌DB] ◆국방부 "호르무즈 파병, 구체적 준비하고 있다"  복수의 군·정부 소식통에 따르면 합참과 해군은 지난달부터 호르무즈 해협 파병에 대비해 투입 전력과 작전 임무, 현지 기항지와 작전기지, 군수지원 계획을 검토해 왔다. 국방부 핵심 관계자는 "해군 전력을 호르무즈 해협에 파병하기 위한 구체적인 준비를 하고 있다"며 파병 후보 전력으로 P-8 포세이돈과 해군 군수지원함, EOD를 거론했다. 군 고위 관계자는 "현지 기항지와 작전기지 문제도 관련 국가와 협의가 이뤄지는 것으로 안다"고 전했다. 정부가 우선 검토하는 것은 전투함이 아닌 '지원 성격'의 자산이다. 해군 최신 군수지원함인 소양함(AOE-II)과 P-8A 해상초계기가 유력한 후보로 거론된다. 소양함은 원양 해역에서 작전 중인 함정에 연료·탄약·식량·부품을 보급하는 전력이다. 해군이 보유한 소양함급은 1척으로 기본 배수량 약 1만1000t급이며 만재 배수량은 약 2만3000t에 이른다. 승조원은 약 140명 규모다. P-8A는 잠수함과 수상함을 탐지·추적하는 해상초계기다. 해군은 2024년 미국에서 6대를 인수했고 지난해 7월 실전 배치를 완료했다. P-8A가 호르무즈 해협에 실제 투입되면 해군 해상초계기의 해당 해역 첫 작전 가능성이 제기된다. 이란 해군과 이란혁명수비대 해군의 고속정·잠수함 위협, 기뢰·수중 위협 가능성이 상존하는 해역이라는 점에서 감시·정찰과 항로 안전 확보 임무가 핵심이 될 것으로 보인다. 해군의 1만1000t급 군수지원함 소양함(AOE-51)이 해상에서 항해하고 있다. 정부는 호르무즈 해협 파병 후보 전력으로 군수지원함과 P-8A 해상초계기, 폭발물처리 전력 등을 검토하는 것으로 알려졌다. [사진=해군] 2026.09.04 gomsi@newspim.com ◆해군 소양함·P-8A 초계기·EOD 전력 150명 안팎 전망  EOD(폭발물처리) 전력도 함께 거론된다. 이는 항만·기항지·함정 주변에서 폭발물이나 기뢰 의심 물체에 대응하는 임무를 맡을 수 있다. 다만 EOD의 구체적 편성과 장비, 임무 범위는 공개되지 않았다. 소양함과 P-8A, 관련 지원 인력을 함께 운용할 경우 파병 규모는 최소 150명 안팎이 필요할 것이란 관측이 나온다. 실제 파병까지는 국내 절차가 남아 있다. 해외 파병은 통상 청와대 국가안전보장회의(NSC) 논의·의결과 국무회의 의결을 거쳐 국회의 동의를 받아야 한다. 이르면 이달 중 국회에 파병 동의안이 제출될 수 있다는 전망도 나온다. 국방부는 "현재 논의 중인 세부 사항에 대해서는 확인해 드릴 수 없다"며 "관련 법령에 따라 절차를 추진하는 과정에서 적절한 시점에 공개할 것"이라고 했다. 이번 검토는 도널드 트럼프 미 대통령이 최근 한국의 대이란 군사 기여 문제를 공개적으로 압박한 뒤 구체화된 것으로 해석된다. 트럼프 대통령은 지난달 한국이 이란 관련 미국의 요청을 거절했다고 여러 차례 언급했고 미국이 주한미군 약 '3만9000명'을 통해 한국을 방어하고 있다는 취지의 발언도 했다. 청와대는 당시 "한반도 대비 태세와 국내법 절차 등 제반 요인을 감안해 실질적·군사적 기여 방안을 미 측과 긴밀히 논의 중"이라고 밝혀 군사적 기여 가능성을 처음 공식 언급했다. '2026 환태평양훈련(RIMPAC)'에 참가한 연합해군 전력이 지난 7월 22일(하와이 현지시각) 하와이 제도 북부에서 해상훈련을 실시하고 있다. [사진=미 해군] 2026.09.04 gomsi@newspim.com ◆전투함보다 군수함·초계기 비전투 자산 먼저 검토 예상  정부는 이란과의 불필요한 군사적 충돌 가능성을 줄이기 위해 전투함보다 군수지원함·초계기 등 비전투 자산을 먼저 내세우는 방안을 검토하는 것으로 보인다. 다만 군수지원함과 초계기가 실제 분쟁 해역에서 작전에 들어가면 단순한 후방 지원 이상의 정치·군사적 부담이 뒤따를 수 있다. 2020년 미국의 호르무즈 해협 파병 요청 당시에 문재인 정부는 국회 동의 없이 아덴만 해역의 청해부대 작전 범위를 일시 확대하는 방식으로 대응한 바 있다. 이번에는 별도 파병안과 국회 동의 절차를 밟을 가능성이 커 정치권과 여론의 찬반 논란이 거셀 것으로 보인다. gomsi@newspim.com 2026-09-04 10:20
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긍정 영향 종목

  • Lockheed Martin Corp. Industrials
    우크라이나 안보 지원 강화 기대감으로 방산 수요 증가 직접적. 미·러 긴장 완화 불확실성 속에서도 방위산업 매출 안정성 강화 예상됨.

부정 영향 종목

  • Caterpillar Inc. Industrials
    우크라이나 전쟁 장기화 시 건설 및 중장비 수요 불확실성 직접적. 글로벌 인프라 투자 지연으로 매출 성장 둔화 가능성 있음.
이 내용에 포함된 데이터와 의견은 뉴스핌 AI가 분석한 결과입니다. 정보 제공 목적으로만 작성되었으며, 특정 종목 매매를 권유하지 않습니다. 투자 판단 및 결과에 대한 책임은 투자자 본인에게 있습니다. 주식 투자는 원금 손실 가능성이 있으므로, 투자 전 충분한 조사와 전문가 상담을 권장합니다.
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