차세대 메모리, FGT로 저장 안정성 10배 높인다

KIST 최준우 박사팀, 반데르발스 자성체 특성 발견
반도체 기업들이 연구개발중인 소재보다도 뛰어나

KIST 최준우 박사팀이 개발한 반데르발스 자성체를 활용한 스핀소자. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 차세대 메모리의 소재로 쓰일 수 있는 철과 게르마늄, 텔루륨으로 이뤄진 반데르발스 자성체(FGT)의 안정성을 발견했다. 연구진은 이 소재가 현재 삼성전자나 SK하이닉스가 연구개발(R&D)중인 스핀 메모리(STT-M램)의 소재보다도 정보저장 안정성이 10배 이상 뛰어나다고 설명했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 스핀융합연구단 최준우 박사팀이 정보저장 안정성 면에서 FGT가 다른 물질보다도 10배 이상 뛰어나다는 것을 발견했다고 4일 밝혔다.

반도체 기업들은 D램과 낸드플래시 메모리의 한계를 극복할 수 있는 미래형 메모리로 STT-M램을 주목하고 있다. D램과 구조는 유사하지만 커패시터 대신 복잡한 구조의 자성층을 쓰는 메모리다. 이 자성체가 회전(Spin)하면서 빠른 속도로 전자를 이동시키며 데이터를 읽고 쓰는 방식으로 작동한다.

연구진은 FGT를 물리적 박리법을 이용해 100㎚ 이하로 만들어 특성을 분석하는 실험을 진행했다.

기업들이 주력하고 있는 철과 코발트를 기반으로 한 소재는 두께가 두꺼워지면 교환바이어스가 줄어들어 정보를 쉽게 잃어버릴 수 있다. 이에 반해 FGT는 두께와 상관없이 정보저장 안정성이 10배 이상 컸다.

교환 바이어스는 인접한 자력을 띄지 않는 물질과의 상호작용으로 인해 강한 자력을 띄는 물질의 스핀들이 특정한 방향으로 정렬되는 것을 선호하게 된다. 따라서 교환 바이어스 크기가 크면 정보정장 안정성이 좋아지고, 작으면 안정성이 떨어진다.

최준우 박사는 "이러한 특이한 자성 특성은 반데르발스 물질이 갖는 내재적 성질인 약한 층간 상호작용 때문"이라고 설명했다.

최 박사는 이어 "이번 연구결과는 큰 교환 바이어스를 갖는 FGT를 활용해 차세대 STT-M램의 정보 저장 안정성을 크게 향상시킬 수 있음을 시사한다"고 말했다.

그는 "이번 연구결과를 토대로 향후 FGT와 다른 성질의 반데르발스 물질들의 접합구조를 활용해 우수한 성능을 가진 스핀 반도체 신소재 개발이 가능해질 것"이라고 밝혔다.

연구 결과는 나노과학 분야의 국제 저널인 '나노 레터스(Nano Letters)' 최신호에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자