DRAM Leakage (Off Leakage, Junction Leakage, DRAM 누설전류, Delpetion)

DRAM Leakage

 

DRAM은 RAM으로 전원이 없으면 정보가 소실되는 메모리다. 휘발성 (Volatile) 메모리라고도 불린다. 전원이 없어도 데이터를 가지고 있으면 비휘발성 (Non Volatile)이라고 부른다.

 

하지만 DRAM은 전원이 있더라도 자꾸만 정보를 잃는 특성이 있다. 왜냐면 데이터를 가지고 있는 Capacitor에서 전자가 탈출하기 때문이다. 이건 어쩔 수 없는 특성인데 주기적으로 세는 전자들을 다시 채워 넣어줘야 하는데 이 동작을 Refresh라고 한다. 즉, 계속 Refresh 동작을 해줘야 정보(데이터, 전자)를 유지할 수 있다.

 

조금 더 말하자면, 전자들이 Capacitor에 저장돼 있다고 하자. 다른 말로는 '1'이라는 숫자가 저장 돼 있다고 한다. 우린 계속 우리가 준 정보를 가지고 있으면 좋겠지만 여러 이유 때문에 자꾸 전자들이 탈출한다. 이렇게 전자들이 소실되는 현상을 Leakage라고 부른다. 

 

Leakage를 최대한 줄이는 것이 기술이다. 즉, 전자들이 탈출을 못하게 하는 것이 기술이고 성능에 영향을 미치는 요인 중에 하나라고 볼 수 있다.

 

Leakage에는 여러 가지 종류가 있는데 가장 대표적인 Off Leakage와 Junction Leakage. 이 2가지 Leakage에 대해 알아보자.

 

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먼저, Off-Leakage다.

Capacitor에 있는 전자를 Read or Write 하기 위해 Bit Line에 인가하기 해야 하는데 이를 위해선 Word Line에 Vpp 전압을 가해서 Transistor의 Channel을 형성해줘야 한다.

 

더 자세히 말해, Channal을 만들기 위해선 위해선 Vpp에 Vt(문턱전압)을 줘야 하는데 이 전압을 높게 설정하면 Channel이 잘 형성되지 않아 Leakage가 줄어든다. 즉 Refresh를 자주 해주지 않아도 되는 장점이 있다. 하지만 Read/Write 할 때 속도가 느리고 비교적 높은 전압이 필요하여 효율이 떨어진다. 

 

그렇다고 반대로 Vt(문턱전압)을 낮게 설정하면 Read/Write의 속도가 빨라지지만, 그만큼 Leakage가 많이 발생하여 Refresh를 자주 해줘야 되는 단점이 있다. 

 

어떤 느낌이냐면, 우리가 물을 쓸 때 수도꼭지를 꽉 잠그면 물은 안 새는데 다시 열 때는 더 많은 힘이 필요하다. 반대로 수도꼭지를 살짝만 잠그면 다시 틀 때 힘은 덜 들겠지만, 물이 조금씩 샌다는 단점이 있다.  

 

이처럼 Vt전압의 설정에 따라 Leakage가 생기는 것을 Off-Leakage라고 한다.

 

 

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다음으로는 Junction-Leakage다.

MOSFET의 Junction과 접합 사이는 Delpetion이라는 부도체로 나눠져 있다.

Depletion은 P접합과 N접합이 만나면 생기는 부분인데. P접합에 부족한 전자(정공)와 N접합에 남은 전자가 서로 이동하며 이온화를 이루어 부도체이다.

 

근데 이 부도체가 NAND Flush처럼 완전한 부도체로 나눠져 있는 게 아니라, 이온화를 이룬 부도체기 때문에 Bias에 따라 Leakage가 발생한다. 아래 그림에서는 P와 N기판 사이를 말한다.

 

 

이와 같은 Leakage를 Junction Leakage라고 한다.

 

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더 많은 Leakage의 종류가 존재하는데 대표적인 2가지를 알아봤다.