한국연구재단(이사장 조무제)은 김영근 교수(고려대) 연구팀이 사물인터넷 기기 저장매체로 부각하고 있는 자성 메모리(MRAM)의 기록에 필요한 전류를 감소시키는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

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.
* 임베디드 메모리 : 논리소자와 함께 구성된 메모리
* 비휘발성 : 외부에서 전류를 공급하지 않아도 정보를 유지하는 성질

자성 메모리의 구동원리는 크게 스핀궤도토크와 스핀전달토크 기반으로 나눌 수 있다.

스핀궤도토크 기반의 메모리(SOT-MRAM)는 동작속도가  스핀전달토크 기반 메모리(STT-MRAM) 기술보다 10배 이상 빨라 고속기록이 가능하다. 그러나 기록전류가 높고 외부자기장이 필요하다는 단점이 있다.

*스핀궤도토크 : 자성층과 비자성층을 연결한 구조에 전류를 흘려주었을 때 스핀궤도결합에 의해 자성층에 발생하는 회전력
*스핀전달토크 : 서로 다른 두 자성층이 연결된 구조에 전류를 흘려주었을 때 한 쪽으로 자화방향을 정렬하려는 회전력

*스핀분극현상 : 전류의 스핀 방향이 자성체가 가진 밴드구조에 따라 달리 분포하는 현상

스핀궤도토크 메모리는 금속층과 강자성층의 이중층 구조를 사용하고 정보기록을 위해 금속층의 스핀궤도결합을 이용한다. 이 구조에 더해 자성층 하나를 추가하여 스핀분극현상을 발생시킨 것이다.

*스핀궤도결합(spin-orbit coupling) : 전자의 스핀과 궤도운동 사이의 상호작용

또 이 기술을 사용하면 정보 기록 시 외부자기장이 불필요해 외부자기장을 걸어주기 위한 추가적인 구조가 필요 없어 소자의 집적도를 높이는 데 유리하다.

 *집적도 : 단위 면적(혹은 하나의 칩)당 포함되는 소자의 수

스핀궤도토크 메모리의 비휘발성으로 전력소모를 낮출 수 있어서 모바일, 사물인터넷(IoT) 기기의 저장매체로 활용가능성이 높다.

김영근 교수는 “이 연구성과는 자성 메모리의 기록 성능을 높이기 위한 소재 아이디어를 이론적으로 검증한 것이다. 특허를 출원했으며 향후 가장 중요한 이슈인 저전력화 문제 해결의 단초를 제공할 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다.

이 연구성과는 미래창조과학부 한국연구재단 미래소재디스커버리사업의 지원을 받아 수행됐다. 국제학술지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 4월 4일자에 게재됐다.