자성메모리 '속도 10배 높이고 고집적도 달성'

차세대 메모리 기술로 주목받는 자성 메모리의 한계를 극복한 신기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 기존 자성메모리 기술은 동작 속도를 높이면 집적도가 떨어졌지만, 개발된 신기술은 기존 보다 속도는 10배 이상 빠르면서 고집적도를 달성했다.

미래창조과학부는 한국과학기술원 박병국 교수와 고려대 이경진 교수 공동연구팀이 차세대 자성 메모리(MRAM)의 속도 및 집적도를 동시에 향상시키는 소재기술 개발에 성공했다고 13일 밝혔다.

자성메모리는 실리콘을 기반으로 한 기존 반도체 메모리와 달리 얇은 자성 박막으로 만들어진 새로운 비휘발성 메모리 소자다. 외부 전원 공급이 없는 상태에서 정보를 유지할 수 있고 고속 동작과 집적도를 높일 수 있다. 이러한 특성 때문에 메모리 패러다임을 바꿀 새로운 기술로 주목받는 차세대 메모리이다.

핀궤도토크(SOT) 기반 자성메모리(MRAM)의 개략도. 반강자성(IrMn)/강자성(CoFeB) 계면에 존재하는 교환결합을 이용하여 외부자기장 없이 소자구동 가능함. 반강자성 물질(IrMn) 내부에는 전자의 스핀이 인접한 스핀과 균일하게 반대로 정렬되어 있음.

자성메모리에서 핵심 기술은 메모리 동작 속도를 높이면서도 고집적도를 동시에 구현 하는 것이다. 현재까지 개발된 자성메모리 기술에 의하면 동작 속도를 최고치로 유지하는 경우 집적도가 현저히 떨어지는 문제가 있다.

연구팀은 동작 속도를 기존 자성메모리 기술보다 10배 이상 빠르고 고집적도를 달성 할 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 이번 연구 기술이 적용 될 수 있는 차세대 메모리로 주목받고 있는 일반적 스핀궤도토크 기반의 자성메모리인 경우, 정보기록을 위해 중금속 강자성 물질의 스핀궤도결합을 이용한다. 하지만 기존에 사용되는 백금(Pt) 또는 텅스텐(W)의 경우 외부 자기장을 걸어 줘야하는 제약이 있었는데, 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 자성메모리는 컴퓨터 또는 스마트폰에 쓰이는 SRAM 보다 10배 이하로 전력소모를 낮출 수 있고, 비휘발성 특성으로 저전력을 요구하는 모바일, 웨어러블, 또는 사물인터넷(IoT)용 메모리로 활용할 가능성이 높다.

박병국 교수는 “본 연구는 차세대 메모리로 각광받고 있는 자성메모리의 구현 가능성을 한 걸음 더 발전시켰다는 의미가 있고, 추가 연구를 통해 기록성능이 뛰어난 신소재 개발에 주력할 예정이다”고 말했다.

이 연구 결과는 나노기술 분야의 최고 권위의 학술지인 네이쳐 나노 테크놀러지에 지난 11일 게재됐다.