'자성반도체' 전력 소비 확 줄인다

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 차세대 반도체 메모리 소자로 알려진 자성메모리(MRAM)의 전력 소비를 크게 낮출 수 있는 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 차세대반도체연구소 스핀융합연구단 이기영 박사팀이 에너지소재연구단 손지원 단장 연구팀과의 협업을 통해 YSZ(이트리아 안정화 지르코니아)을 활용해 수소이온을 주입한 초저전력 고속 자성메모리 소자 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

최근 인공지능과 5G 모바일 기술의 발전으로 막대한 양의 데이터를 적은 양의 에너지로 처리할 수 있는 반도체 소자의 개발이 이뤄지고 있다. 이중 자성메모리는 자료 처리 속도가 빠른 DRAM과 전원이 꺼져도 자료가 지워지지 않는 플래시 메모리의 장점을 함께 갖고 있어 미래의 반도체 소자로 각광받고 있다.

전류를 기반으로 하는 기존 메모리와 달리 자성메모리는 전자의 회전(스핀)에 의한 자성을 활용한다. 전자는 특정한 방향으로 회전하는 성질이 있는데, 이를 스핀이라고 하며 물질에 자기장을 가해주면 스핀의 방향을 정렬할 수 있다. 자성메모리는 스핀의 정렬된 방향에 따라 정보를 저장하는데 이 방향을 바꿀 때 필요한 전력이 크다는 한계가 있었다. 최근 국내 대기업에서 상용화에 성공해 시제품이 나와 있지만, 소비전력이 과다하다는 단점이 있다.

연구팀은 높은 이온 전도도로 인해 세라믹 연료전지(SOFC) 분야에 전해질로 사용되는 YSZ를 반도체 소자에 접목해 수소 이온의 이동을 극대화 하는 기술을 개발했다. 이 기술을 활용하면 스핀의 정렬 방향 전환 속도가 기존 대비 100배 높일 수 있다.

이기영 KIST 박사는 "연료전지분야에서 활용되는 재료를 자성메모리에 적용한 것은 종합연구소인 KIST의 장점을 매우 잘 활용한 융합연구성과로 볼 수 있다"라며 "자성메모리 기술은 현재 기존 시장 구도에서도 기존 메모리를 대체하는 방식으로 상용화가 가능할 뿐만 아니라, 차세대 비휘발성 메모리 소자 중 가장 특성이 우수한 메모리로서 사업화 가능성이 매우 크다"라고 밝혔다.

이번 연구결과는 나노기술 분야 국제 학술지인 나노레터스에 실렸다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr