국내 연구팀이 M램(자성 메모리) 반도체의 전력 소모와 발열 문제를 해결할 수 있는 혁신적인 메모리 소자를 개발했다고 28일 발표했다. 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과의 유정우 교수 연구팀은 저전력으로 데이터를 효과적으로 저장할 수 있는 새로운 M램 소자 구조를 제안하고 이를 실험적으로 입증, 연구 결과는 지난 10일 국제학술지 네이처 커뮤니케이션에 게재되었다.

M램은 차세대 메모리 기술로, 낸드플래시와 D램의 장점을 결합한 형태다. 비휘발성 특성을 지니고 있어 전원이 꺼져도 데이터가 유지되며, D램 수준의 높은 속도를 자랑한다. 이러한 특성 덕분에 M램은 안전성과 빠른 데이터 처리 속도가 요구되는 다양한 분야에서 이미 상용화되고 있다.

이번 연구에서 개발된 M램 소자는 기존의 전류 기반 데이터 저장 방식에서 벗어나 전압 펄스를 통해 정보를 기록하고 지울 수 있는 구조로 설계되었다. 이는 메모리 소자를 구성하는 두 개의 자성층 간 자화 방향에 따라 저항값이 변화하는 원리를 활용한다. 자성층의 자화 방향이 평행할 때는 낮은 저항값을, 반평행할 때는 높은 저항값을 가지며, 이를 통해 0과 1의 데이터를 각각 저장할 수 있다.

그러나 기존 M램 소자는 자화 방향을 바꾸기 위해 문턱전류 이상의 전류가 필요해 이 과정에서 발생하는 전력 소모와 발열이 큰 문제로 지적되어 왔다. 이에 반해, 연구팀이 개발한 새로운 소자는 전압 펄스만으로 메모리에 정보를 쓸 수 있어 전력 소모와 발열 문제를 크게 줄였다.

이 혁신적인 소자는 그래핀, 자성 절연체인 YIG(이트륨 철 가넷), 그리고 강유전체인 PVDF-TrFE(폴리비닐리덴 플루오라이드와 에틸렌의 중합체) 사이에 구성되어 있다. 전압 펄스를 가하면 그래핀을 흐르는 전류 방향이 바뀌고, 이 방향에 따라 데이터가 저장된다. 이러한 구조는 역에델스타인 효과와 강자성 공명 현상과 같은 물리 이론을 기반으로 하고 있다.

유정우 교수는 "이번 연구는 발열과 에너지 소모를 획기적으로 줄이는 데 기여했으며, 특히 AI 반도체 소자의 전력 소모 문제 해결에 중요한 단초를 제공하는 성과"라고 강조했다. 이 연구는 차세대 메모리 기술의 발전에 기여할 것으로 기대되며, 향후 다양한 응용 분야에서의 활용 가능성을 열어줄 전망이다.

이효진기자/2024.10.28

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