최근 모바일과 사물인터넷(IoT) 사용이 늘어남에 따라 저전력, 고집적, 고속 그리고 비휘발성을 가지는 메모리 소자 개발의 필요성이 높아지고 있다. 자성 메모리(MRAM)는 자성 박막으로 만드는 비휘발성 기억 소자이다. 기존 임베디드 메모리소자(SRAM)와 달리 외부 전원의 공급이 없는 상태에서 정보를 유지할 수 있으며, 메모리가 차지하는 면적을 줄일 수 있다.
자성 메모리의 구동원리는 크게 스핀궤도토크와 스핀전달토크 기반으로 나눌 수 있다. 스핀궤도토크 기반의 메모리는 동작속도가 스핀전달토크 기반 메모리 기술보다 10배 이상 빨라 고속기록이 가능하다. 그러나 기록전류가 높고 외부자기장이 필요하다는 단점이 있다.
연구팀은 스핀분극현상을 이용해 스핀궤도토크 기반의 메모리 소자가 가진 고속기록의 장점을 유지하면서도 단점으로 지적되던 기록 전류를 3배 이상 낮추는데 성공했다. 기조 금속층과 자성층으로 돼 있는 스핀궤도토크 메모리에 자성층을 추가해 스핀분극현상을 발생시킨 것이다. 또한 이 기술을 사용하면 정보 기록 시 외부자기장이 불필요해 외부자기장을 걸어주기 위한 추가적인 구조가 필요 없어 소자의 집적도를 높이는 데 유리하다. 스핀궤도토크 메모리의 비휘발성으로 전력소모를 낮출 수 있어서 모바일, 사물인터넷(IoT) 기기의 저장매체로 활용가능성이 높다.
김영근 교수는 “자성 메모리의 기록 성능을 높이기 위한 소재 아이디어를 이론적으로 검증한 것”이라며 “향후 가장 중요한 이슈인 저전력화 문제 해결의 단초를 제공할 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다.
이 연구성과는 미래창조과학부·한국연구재단 미래소재디스커버리사업의 지원을 받아 수행되었다. 국제학술지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 4월 4일자에 게재되었다.
김영근 고려대 교수/사진제공=한국연구재단
