한국과학기술연구원(KIST)은 차세대반도체연구소 스핀융합연구단 이기영 박사팀과 에너지소재연구단 손지원 단장 연구팀이 차세대반도체로 주목받는 자성메모리에 수소이온을 주입, 전력 소비를 줄이는 기술을 개발했다.

막대한 양의 데이터 처리가 필요한 인공지능(AI)과 5G(세대) 기술 발전으로 데이터 저장용량은 늘리면서 전력 소모가 적은 차세대 메모리 개발 필요성이 대두되고 있다.

차세대 메모리로 주목받는 자성메모리(MRAM)는 데이터 처리 속도가 빠른 D램과 전원이 꺼져도 데이터가 지워지지 않는 플래시 메모리의 장점을 갖췄고 에너지 효율이 높다. 또 전류 기반의 기존 메모리와 달리 자석 특성을 활용해 정보를 더 빠르고 안정적으로 저장한다.

▲ 자성메모리 개념 모식도

다만 자성메모리는 특정 방향으로 회전하면서 메모리에 정보를 저장하는 전자의 회전(스핀) 방향을 바꿀 때 전력이 많이 소비되는 단점이 있다.

1일 연구진은 이 연구에서 자성메모리 반도체 소자에 수소이온을 주입할 수 있는 층을 추가해 전력 소비를 줄이면서 회전 방향 전환 속도를 획기적으로 높이는 데 성공했다고 밝혔다.

자성메모리 소자에 세라믹 연료전지(SOFC)에서 전해질로 사용되는 높은 이온전도도의 '이트리아 안정화 지르코니아'(YSZ) 층을 접목해 수소이온을 주입, 자성메모리 반도체 소자의 스핀 정렬 방향 전환 속도를 이전보다 100배 높였다고 연구진은 설명했다.

이기영 박사는 "자성메모리는 현재 시제품이 나와 상용화에 접어들고 있다"며 "자성메모리는 현 시장 구도에서 기존 메모리를 대체하는 방식으로 상용화가 가능하고, 차세대 비휘발성 메모리 소자 중 가장 특성이 우수해 사업화 가능성이 크다"고 말했다.

이 연구결과는 나노기술 분야 국제 학술지인 '나노 레터스'(Nano Letters) 최신 호에 게재됐다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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