한국이 차세대 인공지능(AI) 메모리 핵심소재로 꼽히는 ‘강유전체 소자’ 분야 특허출원이 세계에서 가장 앞섰다. 삼성전자와 SK하이닉스가 각각 특허출원 1위, 3위를 기록했다.

19일 지식재산처(처장 김용선)가 최근 12년( 2012년~2023년) 선진 5개 지식재산기관(IP5, 한국 미국 중국 유럽연합 일본)에 출원된 강유전체 소자 분야 특허를 분석한 결과다.

출원인 국적별로 살펴보면 출원량은 1위 한국이 43.1%(395건)으로 가장 많이 출원했다. △미국 28.4%(260건) △일본 18.5%(170건) △중국 4.6%(42건) △유럽연합 4.1%(38건)이 뒤를 이었다.

연평균증가율도 한국이 18.7%로 가장 높았다. 다음으로 △중국(14.7%) △미국(12.5%)이었다. 유럽연합(5.8%)과 일본(-19.8%)은 주요국 연평균증가율 9.5%보다 매우 낮거나 감소세를 보였다.

출원인으로는 1위 삼성전자(255건)가 최다(27.8%) 출원인에 올랐다. △2위 미국 인텔(21.0%, 193건) △3위 한국 SK하이닉스(13.4%, 123건) △4위 대만 TSMC(10.1%, 93건) △5위 대만 NANYA(5.3%, 49건) 순이었다.

특히, 3년 기준(2021~2023년)으로 보면 삼성전자(139건) SK하이닉스(86건)가 1위와 2위를 차지했다. 한국이 전 세계 AI 메모리용 강유전체 소자의 연구개발을 주도하고 있는 것이다.

지재처에 따르면 강유전체는 전기장을 가하지 않아도 전기분극을 유지해 비휘발성을 제공한다. 분극 전환으로 빠른 전하 응답속도를 실현하는 유전체 물질이다. 강유전체를 활용한 소자는 타 차세대기술 대비 기존 반도체 설비를 그대로 활용할 수 있어 새로운 설비투자 없이도 생산이 가능한 게 장점이다.

나노미터 수준의 얇은 두께에서도 강유전 특성이 유지되는 독보적인 미세화 성능으로 기존 소재의 물리적 한계를 극복하고 있다. 이러한 공정 호환성과 미세화 성능으로 강유전체 소자는 고집적 AI 칩 제작에 최적의 조건을 제공한다. 차세대 AI 메모리 산업을 선도할 핵심소재로 불리는 이유다.

관련 메모리시장도 빠르게 성장하고 있다. 세계시장조사기관 글로벌마켓인사이트에 따르면 글로벌 3D NAND 플래시메모리시장은 2024년 218억달러에서 연평균 21.8% 성장하며 2034년 1494억달러에 달할 전망이다. 이중 강유전체 메모리(FeRAM)시장도 2021년부터 연평균 3.8%씩 성장해 2028년 3억8000만억달러 규모를 형성할 것으로 예상된다.

지식재산처의 김희태 반도체심사추진단장은 “강유전체 소자 분야의 기술 성숙도가 높아지면서 상용화 기술선점을 위한 경쟁이 치열하다”며 “차세대 AI 메모리 기술을 주도해 나갈 수 있도록 적극 지원하겠다”고 전했다.

김형수 기자 hskim@naeil.com