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고려대 김영근 교수팀-울산대 연구진, 자기메모리 핵심 소재 개발
고려대 김영근 교수팀-울산대 연구진, 자기메모리 핵심 소재 개발
  • 하영 기자
  • 승인 2021.08.23 14:53
  • 댓글 0
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- 텅스텐-바나듐 초박막 합금 이용한 고효율 스핀류 전환소재
- 공동연구결과 NPG Asia Materials 실려

 고려대학교(총장 정진택) 공과대학 신소재공학부 김영근 교수 연구팀이 차세대 자기메모리의 핵심 소재로 사용될 수 있는 고효율 스핀류 전환 소재를 개발했다.

(a) 고조파 홀 측정에 사용한 소자의 모습과 전체 초박막구조의 개략도. (b) 이론 계산을 이용하여 도출한 스핀류 생성효율 특성치. (c) 고조파 홀 측정을 이용해 얻은 실제 소자의 스핀류 생성효율 특성치.
(a) 고조파 홀 측정에 사용한 소자의 모습과 전체 초박막구조의 개략도. (b) 이론 계산을 이용하여 도출한 스핀류 생성효율 특성치. (c) 고조파 홀 측정을 이용해 얻은 실제 소자의 스핀류 생성효율 특성치.

 자기메모리(MRAM)는 자성을 띄는 물질을 이용하여 정보를 저장하고 읽어내는 기억장치로 전원이 차단되어도 저장된 정보가 사라지지 않는다는 점에서 기존의 메모리 소자와 구별된다. 
특히, 스핀궤도 돌림힘(spin-orbit torque, SOT)이 차세대 MRAM의 대표적인 구동원리로 주목받고 있다.
 스핀궤도 돌림힘을 이용한 MRAM에서는 스핀류를 이용하여 자성층의 자화방향을 제어하게 되므로, 주입한 전류를 이용하여 높은 효율로 스핀류를 만들어 낼 수 있는 소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
 현재까지 보고된 바에 따르면 위상학적 절연체 등에서 매우 높은 효율의 스핀류 전환이 가능하다고 알려져 있지만, 실제 반도체 공정에 접목시키기에는 상 안정성과 같은 문제가 있어, 반도체 공정 친화적인 소재에 대한 연구가 필요하다.
 연구진은 현재 반도체 공정에서 배선 플러그에 사용 중인 텅스텐(Tungsten, W)에 주목했고, 바나듐(Vanadium, V)과의 합금화를 유도한다면 높은 스핀류 전환 효율을 보일 수 있다는 울산대 임성현 교수팀의 제일원리 이론 계산결과에 기반하여 텅스텐-바나듐 합금을 제작했다.
 텅스텐-바나듐 합금은 기존 텅스텐 단일박막 대비 스핀류 전환 효율이 약 40% 이상 개선된 결과를 보였으며, 이론 계산을 진행하여 도출한 텅스텐-바나듐 합금의 특성값과 상당히 유사한 결과를 나타내는 것을 확인했다.

 연구팀은 “반도체 공정 친화적이고 높은 스핀류 전환 효율을 보이는 텅스텐-바나듐 합금은 차세대 자기메모리 소자의 스핀류 생성층으로써 사용될 수 있는 가능성이 높은 소재이며, 한국을 포함한 미국과 유럽 그리고 일본에서의 특허를 확보해 두어 차세대 자기메모리 소자 개발 경쟁에서 앞서 나갈 수 있는 기틀을 마련했다는 점에서 의미가 있다.” 라고 연구의 의의를 설명했다.

 과학기술정보통신부 원천기술개발사업(미래소재디스커버리사업)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 Nature Publishing Group의 국제학술지 「엔피지 아시아 머티리얼즈(NPG Asia Materials)」에 8월 20일 게재됐다. 


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