차세대 '자기메모리' 오동작 방지 기술 개발

네이처 피직스誌 게재, 양자효과 이용 자기메모리 특성 제어 성공

[아시아경제 김철현 기자] 국내연구진이 차세대 메모리로 알려진 'STT-MRAM(스핀토크 자기메모리)'에서 발생하는 오동작을 제어하는 기술을 개발했다.

교육과학기술부(장관 안병만)는 고려대 신소재공학과 이경진 교수, 삼성전자 오세충 박사, 한국기초과학지원연구원 박승영 박사, 포스텍 물리학과 이현우 교수 등이 참여한 산·학·연 공동연구팀이 차세대 메모리인 'STT-MRAM(스핀토크 자기메모리)'에서 발생하는 오동작의 원리와, 양자효과 조절을 통해 오동작을 방지할 수 있다는 사실을 규명하는 데 성공했다고 26일 밝혔다.

이번 연구는 교과부와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 중견연구자지원사업을 비롯해 삼성전자, 한국기초과학지원연구원, 한국과학기술정보연구원 등의 지원을 받았으며 물리학 분야의 저명 국제 과학저널인 '네이처 피직스(Nature Physics)'지 25일자에 게재됐다.

연구팀에 따르면 'STT-MRAM'은 수십 나노미터 크기의 작은 자석에 전압을 가할 때, 자석의 자화방향이 바뀌는 '스핀전달토크(spin-transfer torque)'를 이용하는 방식의 비휘발성 메모리로, 현재 기술적 한계로 인식되는 30나노급 이하의 초미세 공정이 가능한 차세대 메모리다.

연구팀 관계자는 "이 메모리를 개발한 국가와 기업이 향후 메모리 시장을 주도할 것으로 예상되면서, 선진국과 전 세계 주요 반도체 회사에서 연구개발이 진행 중이지만 STT-MRAM은 빠른 속도로 구동할 때 오동작이 발생하는 문제가 존재해 상용화에 어려움이 있었다"고 설명했다.

연구팀은 이번에 이러한 오동작이 '스핀전달토크'의 특이한 전압 의존성에 의한 것임을 밝혀냈다. 또한 자성전극의 양자효과를 조절해 '스핀전달토크'의 전압 의존성 제어에 성공, 오동작이 일어나지 않는 'STT-MRAM'을 구현하는 데 성공했다.

이번 연구를 주도한 이경진 교수는 "대부분의 메모리 소자들에 대한 연구가 크기가 작아질 때 생기는 양자효과를 어떻게 하면 피할 수 있는가에 초점이 맞춰진 데 반해, STT-MRAM의 경우 양자효과를 적극적으로 활용해 더 우수한 특성을 얻을 수 있었다"고 연구의의를 설명했다.

이 교수는 이어 "이번 연구는 기초학문이 실제 기업에서 발생하는 문제를 해결하는 이론적 토대가 된다는 좋은 사례"라고 밝혔다.

삼성전자 오세충 박사는 "STT-MRAM을 먼저 개발하기 위해 전 세계 주요 반도체 기업들 간의 경쟁이 치열한 상황에서 국내 연구진이 STT-MRAM의 핵심문제를 앞서 해결함에 따라 우리 기술력의 우수성을 다시 한 번 증명하게 됐다"고 말했다.

이번 연구는 고려대 이경진 교수가 공동연구를 총괄하고 삼성전자 오세충 박사가 소자 및 실험 설계, 한국기초과학지원연구원 박승영 박사가 특성 분석, 포스텍 이현우 교수가 이론적 고찰을 각각 담당했다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr