국내 연구진이 차세대 메모리인 STT-MRAM(스핀토크 자기메모리)에서 발생하는 오동작의 원리를 규명, 양자효과 조절을 통해 오동작을 방지할 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

고려대 이경진 교수(신소재공학과·사진)팀은 삼성전자 오세충 박사, 한국기초과학지원연구원 박승영 박사, 이현우 포스텍 물리학과 교수와 함께 이같은 연구 성과를 얻어냈다. 이번 연구는 물리학분야 저명 국제학술지인 '네이처 피직스(Nature Physics)지'에 지난 25일자로 게재됐다.

이경진 교수는 "대부분의 메모리 소자들에 대한 연구가 크기가 작아질 때 생기는 양자효과를 어떻게 하면 피할 수 있는가에 초점이 맞춰진데 반해, STT-MRAM의 경우 양자효과를 적극적으로 활용하여 더 우수한 특성을 얻을 수 있었다"며 "이번 연구는 기초학문이 실제 기업에서 발생하는 문제를 해결하는 이론적 토대가 된다는 좋은 예"라고 설명했다.

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

이 메모리를 개발한 국가와 기업이 향후 메모리 시장을 주도할 것으로 예상되면서, 선진국과 전 세계 주요 반도체 회사에서 연구개발 중이다. 그러나 STT-MRAM은 빠른 속도로 구동할 때 오동작이 발생하는 문제가 존재하여 상용화에 중대한 걸림돌이 되어왔다.

연구팀은 이러한 오동작이 스핀전달토크의 특이한 전압의존성에 의한 것임을 밝혀냈다. 또한 자성전극의 양자효과를 조절하여 스핀전달토크의 전압의존성 제어에 성공하여, 이러한 오동작이 일어나지 않는 STT-MRAM을 구현했다.