국내연구진, 차세대 메모리 핵심 소재 개발 성공

스핀궤도토크(SOT) 기반 자성메모리(MRAM)의 개략도 [미래창조과학부]

아주경제 이정하 기자 = 미래창조과학부는 국내 대학 연구진이 차세대 자성 메모리(MRAM)의 속도 및 집적도를 동시에 향상시키는 소재기술 개발에 성공했다고 13일 밝혔다.

자성메모리(MRAM)는 실리콘을 기반으로 한 기존 반도체 메모리와 달리 얇은 자성 박막으로 만들어진 새로운 비휘발성 메모리 소자로 외부 전원 공급이 없는 상태에서 정보를 유지할 수 있으며 고속 동작과 집적도를 높일 수 있다.

이같은 특성 때문에 메모리 패러다임을 바꿀 새로운 기술로 전 세계 여러 반도체 업체에서 개발 경쟁을 벌이고 있는 차세대 메모리다. 개발 경쟁의 대상이 되는 핵심 기술 중 하나는 메모리 동작 속도를 더 높이면서도 고집적도를 동시에 구현 하는 기술이다.

다만 현재까지 개발된 자성메모리(MRAM) 기술에 의하면 동작 속도를 최고치로 유지하는 경우 집적도가 현저히 떨어지는 문제가 있었다.

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연구팀은 동작 속도를 기존 자성메모리(MRAM) 기술보다 10배 이상 빠르고 고집적도를 달성 할 수 있는 새로운 기술을 개발했다.

이번 연구의 기술이 적용 될 수 있는 차세대 메모리로 주목받고 있는 일반적 스핀궤도토크 기반의 자성메모리(MRAM) 경우, 정보기록을 위해 중금속·강자성 물질의 스핀궤도결합을 이용한다.

기존에 사용되는 백금(Pt) 또는 텅스텐(W)의 경우 외부 자기장을 걸어 주어야 하는 제약이 있었다. 연구팀은 이리듐-망간(IrMn) 합금과 같은 새로운 반강자성 소재를 도입해 반강자성·강자성 물질의 교환 결합을 이용해 외부자기장 없이 고속, 저전력 동작이 가능한 기술을 개발했다.

스핀궤도토크 자성메모리(MRAM)는 컴퓨터 또는 스마트폰에 쓰이는 SRAM보다 10배 이하로 전력소모를 낮출 수 있고, 비휘발성 특성으로 저전력을 요구하는 모바일, 웨어러블, 또는 사물인터넷(IoT)용 메모리로 활용 가능성이 높다.

박병국 한국과학기술원 교수와 이경진 고려대 교수 공동연구팀의 이번 연구 결과는 나노기술 분야의 최고 권위의 학술지인 네이쳐 나노 테크놀러지(Nature Nanotechnology) 7월 11일자에 게재됐다.

논문명은 Field-free switching of perpendicular magnetization through spin-orbit torque in antiferromagnet/ferromagnet/oxide structures이고, 미래소재디스커버리사업의 스핀궤도소재연구단의 지원을 받아 연구를 수행했다.

박병국 교수는 "이번 연구는 차세대 메모리로써 각광받고 있는 자성메모리(MRAM)의 구현 가능성을 한 걸음 더 발전시킨 것에 의미가 있고, 추가 연구를 통해 기록성능이 뛰어난 신소재 개발에 주력할 예정"이라고 밝혔다.