자성 메모리(M-RAM), 오랜 난제 풀었다.

자성 메모리(M-RAM), 오랜 난제 풀었다.

 

양현수 싱가포르 국립대 교수와 이경진 고려대 교수 연구팀이 저전력, 고속 스위칭이 가능한 차세대 자성 메모리(M-RAM)의 핵심 소재 구조 개발에 성공했다. 2018년 12월 06일 과학기술 정보통신부에 따르면, 이번 연구는 일본 도요타 테크노로지컬 인스티튜드(TTI)의 아와노 교수 연구팀, 중국 통지대 키우(Qiu) 교수와 공동 수행했다. 자성 메모리(M-RAM)는 외부 전원의 공급이 없는 상태에서 정보를 유지할 수 있으며, 고속 동작이 가능한 장점이 있다. 현재 세계 반도체 업체들이 차세대 메모리로 개발에 나섰지만, 두꺼운 자성층의 자화 방향을 낮은 전류로 스위칭시키는 신기술이 필요해 어려움을 겪고 있다.

 

자성 메모리(M-RAM)의 동작은 횡(transverse) 스핀전류를 자성소재에 주입해 발생하는 스핀토크로 이뤄지는데, 기존 자성 소재는 횡 스핀 전류가 소재의 표면에서 모두 소실되는 특성으로 인해 두꺼운 자성층을 스위칭시킬 수 없다는 한계가 있다. 이번 연구에서는 원자 단위의 반강자성 스핀 배열을 갖는 페리자성 다층막에서 횡 스핀 전류가 소재 표면에서 소실되지 않고, 두꺼운 막 전체에 걸쳐 유지된다는 이론을 실험으로 규명했다. 이를 통해 기존 소재에 비해 20배 정도 높은 스핀 전환 효율을 달성했다.

 

신소재를 스핀토크 기반의 자성 메모리에 적용할 경우, 스핀 토크 효율을 높이고, 초고집적이 가능해 스핀 토크 자성 메모리의 시장 확대에 기여할 것으로 기대된다. 자성 메모리(M-RAM)의 미래 기술로 개발 중인 스핀 궤 도토크 자성 메모리에도 적용이 가능하다. 고속 동작 및 비휘발성 특성으로 S-RAM 대비 대기 전력을 획기적으로 감소시켜 저전력을 필수로 요구하는 모바일, 웨어러블, 사물 인터넷(IoT)용 메모리로 활용할 가능성이 높다.

 

양현수, 이경진 교수는 "횡 스핀 전류가 자성 소재 내에서 유지되도록 하는 양자 역학적 원리를 실험적으로 구현해 자성 메모리의 초고집적화를 위한 난제를 해결했다"며, "기초 학문에 대한 이해가 응용 소자의 핵심적 난제를 해결하는데 활용될 수 있음을 보여주는 좋은 사례"라고 밝혔다.