차세대 ‘자기메모리’ 오동작 방지 핵심문제 해결…고려대 이경진 교수 주축 산학연 공동연구 네이처 피직스誌에 실려
고려대 이경진 교수
연구 총괄을 맡은 고려대 이경진 교수는 “대부분의 메모리 소자들에 대한 연구가 크기가 작아질 때 생기는 양자효과를 어떻게 하면 피할 수 있는가에 초점이 맞춰진데 반해, STT-MRAM의 경우 양자효과를 적극적으로 활용하여 더 우수한 특성을 얻을 수 있었다”며 연구의의를 설명하고,“이번 연구는 기초학문이 실제 기업에서 발생하는 문제를 해결하는 이론적 토대가 된다는 좋은 예”라고 기초학문의 중요성을 밝혔다.
STT-MRAM은 수십 나노미터 크기의 작은 자석에 전압을 인가할 때, 자석의 자화방향이 바뀌는 스핀전달토크(spin-transfer torque)를 이용하는 방식의 비휘발성 메모리로서, 현재 기술적 한계로 인식되는 30나노급 이하의 초미세 공정이 가능한 차세대 메모리다.
이 메모리를 개발한 국가와 기업이 향후 메모리 시장을 주도할 것으로 예상되면서, 선진국과 전 세계 주요 반도체 회사에서 연구개발 중이다. 그러나 STT-MRAM은 빠른 속도로 구동할 때 오동작이 발생하는 문제가 존재하여 상용화에 중대한 걸림돌이 되어왔다.
연구팀은 이러한 오동작이 스핀전달토크의 특이한 전압의존성에 의한 것임을 밝혀냈다. 또한 자성전극의 양자효과를 조절하여 스핀전달토크의 전압의존성 제어에 성공하여, 이러한 오동작이 일어나지 않는 STT-MRAM을 구현했다.
※ 용 어 설 명
1. STT-MRAM
차세대 메모리로 고려되고 있는 주요 후보 중의 하나로서, 몇 십 나노미터 (1 나노미터 = 십억분의 일 미터) 정도의 작은 자석의 N극과 S극이 어느 방향인지를 이용해 정보를 기억하는 장치로, 현재 국내 삼성전자, 하이닉스를 포함하여 NEC, Toshiba, Hitachi, IBM, Qualcomm 등 세계 주요 반도체 회사들이 뜨거운 연구경쟁을 벌이고 있음. STT-MRAM은 작은 크기의 자석을 이용한다는 측면에서 기존의 하드디스크와 유사하지만, 하드디스크가 자기장을 이용해 정보를 기록하고 읽어내는 반면, STT-MRAM은 작은 자석에 흐르는 전류를 이용해 정보를 기록하고 읽어내기 때문에, 매우 빠른 동작 속도를 구현할 수 있다는 점이 큰 장점임.
2. 스핀전달토크 (Spin-Transfer Torque)
자성체에 전류 (혹은 전압)를 주입하면, 주입된 전자가 갖고 있는 스핀이 자성체를 구성하고 있는 스핀에 전달되어, 자성체 스핀의 방향을 조절할 수 있는 물리현상이며, 현재 새로운 비휘발성 메모리로 연구 중인 스핀토크 엠램 (STT-MRAM)의 기록방식으로 국내는 물론 전 세계 주요 반도체 업계에서 매우 활발한 연구경쟁이 이루어지고 있음.
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