우리 연구진이 양자소재로 초저전력 메모리를 제작할 수 있는 핵심 기반을 확보했다.
한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 최준우 스핀융합연구단 박사팀과 박세영 숭실대 물리학과 교수팀이 공동연구로 이같은 성과를 냈다고 8일 밝혔다.
대용량 정보처리를 위한 고성능 반도체 역할이 커지고 있다. 그중 전자 스핀 특성을 활용하는 스핀 메모리는 현재 양산되는 실리콘 반도체보다 저전력으로 대용량 정보를 처리하는 데 적합해 차세대 반도체로 주목받는다.
특히 양자소재를 스핀 메모리에 활용하면 신호비 향상, 전력 감소 면에서 성능 향상이 기대되는데, 이를 위해 전류나 전압같은 전기적 방법으로 양자소재 물성을 제어하는 기술 개발이 필요한 상황이다.
대표적 양자소재인 이차원 물질은 3차원 입체구조 일반물질과 달리 단일 원자층으로 쉽게 분리할 수 있고, 특수한 양자역학적 특성을 나타낸다.
이번 연구에서는 두 가지 다른 특성을 가진 양자소재를 결합한 이차원 강자성체-강유전체 적층 구조 반도체 소자를 처음 개발했다.
이 소자에 5볼트(V) 저전압을 걸었을 때, 강자성체 스핀 방향을 바꿔주는 데 필요한 자기장(보자력)을 70% 이상 감소시킬 수 있었다. 또 연구진은 전압을 걸었을 때 일어나는 2차원 강유전체의 구조적 변화가 인접 2차원 강자성체의 스핀 특성 변화를 이끌어내는 것을 밝혔다.
전압에 따라 2차원 강유전체 격자가 팽창해 강자성체의 '자기이방성(강자성체에서 물질 모양이나 결정구조에 따라 자화 방향을 가지는 성질)'이 변화하고 스핀 방향을 바꿔주는 데 필요한 보자력이 크게 감소된 것이다.
양자소재 적층구조 소자에 매우 작은 전압을 가해주면 3분의 1 수준 자기장으로도 전자 스핀정보 제어가 가능하다. 이는 양자소재 기반 초저전력 스핀 메모리 개발 핵심기술이다.
최준우 박사는 “양자소재를 활용한 초저전력 차세대 메모리 핵심 요소 기술을 확보해 최근 흔들리는 반도체 산업에서 기술 우위와 경쟁력을 유지할 수 있을 것”이라고 기대했다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
