에너지 병목현상 해결…KAIST 10배 빠른 반도체 소재기술 개발

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 기존보다 동작 속도가 10배 이상 빠르게 논리연산이 가능한 자성메모리 기반 지능형 반도체 소재를 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 박병국 교수 연구팀이 차세대 비휘발성 메모리인 스핀궤도토크 자성메모리(SOT-MRAM)의 스위칭 분극을 제어할 수 있는 소재기술을 개발했다고 21일 밝혔다.

연구팀은 이 결과를 이용해 하나의 소자에서 다양한 논리연산이 가능함을 보임으로, 기억과 연산 기능을 동시에 수행하는 스마트 소자의 개발 가능성을 높였다. 특히 이 기술은 차세대 지능형 반도체로 개발되는 프로세싱-인-메모리(PIM)에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

스핀궤도토크 자성메모리(SOT-MRAM)는 고속 동작 및 높은 안정성 특성으로 차세대 자성메모리 기술로 개발되고 있다. 하지만 이 메모리는 정보 기록을 위해서 외부자기장을 인가해야 하는데, 이는 고집적 소자에 치명적인 단점으로 작용한다. 따라서 외부자기장 없이 자화 방향을 제어하는 무자기장 스위칭 기술의 개발이 요구되고 있다.

연구팀은 자성메모리에 측면 게이트 구조를 도입해 계면의 라쉬바 효과를 제어함으로 무자기장 스핀 궤도 토크 스위칭 소재 기술을 개발했다. 또 게이트 전압의 부호에 따라 스위칭 방향을 제어하는 결과를 보였고, 이를 이용해 하나의 소자에서 배타적 논리합, 논리곱 등의 다양한 논리연산을 구현하는 데 성공했다. 이 기술은 데이터를 저장하는 메모리 반도체와 연산 기능을 수행하는 로직 반도체가 융합된 MRAM 기반 프로세싱-인-메모리(PIM) 소자의 원천 기술로써 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

강민구 KAIST 연구원은 “이번 연구는 차세대 자성메모리 내에서 프로그램이 가능한 논리연산을 실험으로 규명해, 향후 미래 컴퓨팅 기술로 여겨지는 지능형 반도체 소자 개발에 응용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

삼성미래기술육성재단 지원으로 수행된 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’'에 12월 7일 온라인 게재됐다.