차세대 초전력 반도체 ‘스핀 메모리’ 양자소재 접목해 효율 높혔다

왼쪽부터 최준우 한국과학기술연구원(KIST) 스핀융합연구단 책임연구원과 박세영 숭실대 물리학과 교수. [사진=KIST]

스핀 메모리는 현재 양산되고 있는 실리콘 반도체보다 낮은 전력으로 대용량 정보를 처리하는데 적합한 차세대 초전력 반도체로 주목받는다. 특히 양자 소재를 스핀 메모리에 적용하면 높은 전력 감소 효과를 볼 수 있다. 국내 연구팀이 양자 소재를 스핀 메모리에 적용할 수 있도록 하는 기반 기술을 개발했다.

최준우 한국과학기술연구원(KIST) 스핀융합연구단 책임연구원과 박세영 숭실대 물리학과 교수 공동연구팀은 8일 양자소재의 물성을 제어하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구팀은 “양자소재를 스핀 메모리에 활용하려면 전류나 전압과 같은 전기적 방법으로 양자소재의 물성을 제어하는 기술이 필요하다”며 “물성을 제어하면 전자의 스핀 정보를 효과적으로 제어해 초저전력으로 정보를 읽고 쓰는 것이 가능하다”고 설명했다.

연구팀이 양자소재의 물성을 제어하는 데 성공한 비결은 ‘이차원 물질’이다. 이차원 물질은 물질의 층과 층 사이 약한 반데르발스 결합을 하고 있어서 단일 원자층까지 박리가 되는 물질로 특수한 양자역학적 특성들이 나타난다. 연구팀은 이차원 ‘강자성체’와 이차원 ‘강유전체’를 각각 활용해 적층 구조의 반도체 소자를 만들었다. 강자성체는 자석과 같은 자성 특성을 나타내는 물질, 강유전체는 전압 없이도 전극 분극이 일어나는 물질이다.

연구팀은 “이차원 자성체와 이차원 강유전체 접합구조 소자에 전압을 인가하면 강자성체의 스핀 방향을 바꿔주는데 필요한 자기장 즉, 보자력을 약 70% 감소시킬 수 있었다”며 “양자소재의 물성을 제어하는데 성공한 것”이라고 설명했다.

이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 지난 9월 12일 공개됐다. 최 책임연구원은 “양자소재를 활용한 초저전력 차세대 메모리 핵심 요소 기술을 확보해 최근 흔들리는 반도체 산업에서 기술 우위와 경쟁력을 유지할 수 있을 것”이라고 밝혔다.