KAIST, 초고속 자성메모리에 쓰이는 새로운 스핀소재 기술 개발

삼중층 구조에서의 무자기장 스핀궤도토크 스위칭 소자 구조 및 특성 그래프.(KAIST 제공)© 뉴스1

KAIST 신소재공학과 박병국 교수 연구팀이 초고속 자성메모리의 에너지 소비전력을 획기적으로 감소시킬 스판 소재 기술을 개발했다.

기본 반도체소자 대기전력을 감소시켜 저전력을 요구하는 모바일, 웨어러블, 사물인터넷 메모리로의 활용이 기대된다.

27일 KAIST에 따르면 스핀궤도토크 자성메모리(이하 SOT-MRAM)은 고속 동작과 높은 안정성의 특성으로 차세대 자성메모리로 주목받고 있다.

하지만 이 기술은 자화 스위칭을 위해서 외부자기장의 인가가 필수적이고 스위칭 전류가 기존의 스핀전달토크 자성메모리(STT-MRAM)보다 커 자성메모리 동작 전력이 많이 소모되는 단점을 가지고 있다.

따라서 SOT-MRAM의 실용화를 위해서는 외부자기장 없이 동작하면서 스위칭 효율이 높은 소재기술 개발이 요구되고 있다.

이에 연구팀은 새로운 스핀소재 구조 즉 단결정 강자성·전이금속 이중층 구조에서 세 방향의 스핀분극을 가진 스핀 전류가 생성됨을 이론 및 실험으로 밝혀냈다.

이어 이를 조합해 자성메모리의 동작 에너지를 결정하는 자화반전 스위칭 전류를 효과적으로 감소시키는 결과를 발표했다.

이 신소재는 스핀궤도토크 효율을 높이고 외부자기장 없이 동작이 가능하므로 SOT-MRAM의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

SOT-MRAM은 고속 동작 및 비휘발성 특성으로 기존 반도체 소자 대기전력을 감소시켜, 저전력을 필수로 요구하는 모바일, 웨어러블, IoT용 메모리로 활용 가능성이 크다.

한편 이번 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’에 지난 7일자 온라인판에 게재됐다.

(대전=뉴스1)