[투어코리아=김교환 기자] 울산대학교(총장 오연천)는 울산대학교와 고려대학교 공동연구팀이 차세대 초저전력 자기메모리(MRAM)의 성능과 안정성까지 끌어올릴 수 있는 새로운 합금 소재를 개발했다고 28일 밝혔다.
울산대 신소재·반도체융합학부 임성현 교수와 고려대 신소재공학부 김영근 교수 연구팀이 함께 진행한 이번 연구는 재료과학 분야 국제 학술지 <어드밴스드 펑셔널 머티리얼스>(인용지수 19.9)에 게재됐다.
텅스텐의 한계, 몰리브덴으로 넘었다
스핀오빗토크 자기메모리(SOT-MRAM)는 처리 속도가 빠르고 소비 전력이 적어 차세대 메모리로 꼽힌다. 그동안 핵심 소재로 텅스텐(W)이 주로 연구돼 왔지만, 전류가 흐를 때 전기저항이 높아지는 특성 탓에 전력 소모를 더 줄이기는 어려웠다.
연구팀은 이 문제를 풀기 위해 텅스텐에 몰리브덴(Mo)을 섞는 방식을 택했다. 단순히 합금을 시도한 것이 아니라, 컴퓨터 시뮬레이션에 기반한 제일원리 계산으로 먼저 최적의 배합 비율을 예측한 뒤 실제 소자를 만들어 이를 검증하는 방식으로 접근했다.
계산이 예측한 12.5%, 실험이 확인한 12.7%
제일원리 계산 결과 몰리브덴 함량이 약 12.5%일 때 스핀 전달 성능이 가장 뛰어날 것으로 예측됐다. 연구팀이 이 예측을 토대로 실제 소자를 제작해 성능을 측정한 결과, 몰리브덴 12.7% 조성에서 전기저항은 줄고 스핀오빗토크 효율은 높아지는 것으로 확인됐다. 이론값과 실측값의 오차가 크지 않았던 셈이다.
새로 개발된 소재는 온도 변화에도 강한 것으로 나타났다. 영하 50도부터 영상 150도에 이르는 폭넓은 온도 구간에서 안정적으로 작동됐고, 100회 반복 동작에서도 성능 저하 없이 특성을 유지했다.
"자율주행·항공우주 등 극한 환경 반도체 메모리로 확장 기대"
임성현 교수는 "컴퓨터 예측 계산으로 전기저항을 낮추면서도 효율을 높일 수 있는 합금의 최적 비율을 찾아내고, 이를 실험으로 입증했다는 데 이번 연구의 의미가 있다"고 밝혔다. 이어 "자율주행차와 항공우주 기기 등 온도 변화가 큰 극한 환경에서도 안정적으로 작동하는 차세대 고신뢰성 반도체 메모리 개발의 기반이 될 것"이라고 기대감을 나타냈다.
이번 연구에는 울산대 이현주 학생과 고려대 고한석·이정규 학생이 공동 제1저자로 참여했다.
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