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[와이즈맥스 뉴스] 카이스트 새로운 스핀소재 기술 개발

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작성자 와이즈맥스 댓글 0건 조회 326회 작성일 22-04-29 11:48

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- 전기 전자 반도체 뉴스 -

한국과학기술원(KAIST)은 박병국 신소재공학과 교수와 이경진 물리학과 교수 공동연구팀이 고속 동작 비휘발성 메모리로 개발 중인 스핀궤도토크 자성메모리(SOT-MRAM)의 에너지 소비 전력을 획기적으로 감소시킬 스핀소재 기술을 개발했다고 27일 밝혔습니다.

SOT-MRAM은 고속 동작 및 높은 안정성 특성을 지녀 차세대 자성메모리로 주목받고 있는데요 하지만 이 기술은 자화 스위칭을 위해서 외부자기장이 꼭 필요하고 스위칭 전류가 기존 스핀전달토크 자성메모리(STT-MRAM)보다 커서 자성메모리 동작 전력이 많이 소모되는 단점을 가지고 있습니다. 따라서 SOT-MRAM의 실용화를 위해서는 외부자기장 없이 동작하면서 스위칭 효율이 높은 소재 기술 개발이 요구되었습니다.

연구팀은 새로운 스핀소재 구조, 즉 단결정 강자성/전이금속 이중층 구조에서 세 방향의 스핀분극을 가진 스핀 전류가 생성됨을 이론 및 실험으로 밝히고, 이를 조합해 자성메모리의 동작 에너지를 결정하는 자화반전 스위칭 전류를 효과적으로 감소시키는 결과를 발표했습니다.

이 신소재는 스핀궤도토크 효율을 높이고 외부자기장 없이 동작이 가능하므로 SOT-MRAM의 실용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. SOT-MRAM은 고속 동작 및 비휘발성 특성으로 기존 반도체 소자 대기전력을 감소시켜, 저전력을 필수로 요구하는 모바일, 웨어러블, 사물인터넷(IoT)용 메모리로 활용 가능성이 큽니다.

이번 연구에서 연구팀은 높은 결정성을 나타내는 단결정 강자성 소재와 전류의 이중층 구조에서 x, y, z의 세가지 방향의 스핀분극을 가진 스핀전류가 생성될 수 있음을 이론과 실험으로 증명했고 또한, 자화방향과 전류방향을 제어해 스핀토크 효율이 최대가 되는 조건을 확보해 스위칭 전류를 획기적으로 감소시키는 기술 개발에 성공했고 이 기술은 SOT-MRAM의 동작 소모전력을 감소시키는 핵심 소재 기술로 활용될 것으로 기대하고 있습니다.

제1 저자인 류정춘 박사는 “이번 연구는 자성메모리 내에서 여러 방향의 스핀 전류를 동시에 생성 및 제어할 수 있음을 실험으로 규명한 것으로, 저전력으로 구동하는 스핀트로닉스 소자 개발에 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔습니다.


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