이번 연구는 이경진 고려대 신소재공학과 교수를 주축으로 오세충 삼성전자 박사, 박승영 한국기초과학지원연구원 박사, 이현우 포스텍 물리학과 교수 등 산학연 공동연구팀에 의해 성공했으며, 물리학 분야 저명 국제과학저널인 '네이처피직스(NaturePhysics)'지에 25일자로 게재됐다.

STT-MRAM은 수십 나노미터 크기의 작은 자석에 전압을 인가할 때 자석의 자화방향이 바뀌는 스핀전달토크(spin-transfer torque)를 이용하는 방식의 비휘발성 메모리로 현재 기술적 한계로 인식되는 30나노급이상의 초미세 공정이 가능한 차세대 메모리다.

이 메모리를 개발한 국가와 기업이 향후 메모리 시장을 주도할 것으로 예상되면서 선진국과 전 세계 주요 반도체회사에서 연구개발 중이었다. 하지만 STT-MRAM은 빠른 속도로 구동할 때 오동작이 발생하는 문제가 존재해 상용화에 중대한 걸림돌이 되어왔다.

연구팀은 이러한 오동작이 스핀전달토크의 특이한 전압의존성에 의한 것임을 밝혀내고 자성전극의 양자효과를 조절해 스핀토크의 전압의존성 제어에 성공, 오동작이 일어나지 않는 STT-MRAM을 구현했다.

이경진 교수는 "대부분의 메모리 소자들에 대한 연구가 크기가 작아질 때 생기는 양자효과를 어떻게 하면 피할 수 있는가에 초점이 맞춰진데 반해, STT-MRAM은 양자효과를 적극적으로 활용해 더 우수한 특성을 얻을 수 있었다"고 연구의의를 설명하고 "이번 연구는 기초학문이 실제 기업에서 발생하는 문제를 해결하는 이론적 토대가 된다는 좋은 예였다"고 기초학문의 중요성을 강조했다.

오세충 박사는 "STT-MRAM을 먼저 개발하기 위해 전 세계 주요 반도체 기업들 간의 경쟁이 치열한 상황에서 국내 연구진이 STT-MRAM의 핵심문제를 해결함에 따라 우리 기술력의 우수성을 확인했다"면서 "미래 신성장 동력과 먹을거리 창출은 바로 기초과학이 결정한다는 사실을 다시한번 확인할 수 있었다"고 말했다.

한편 이번 연구는 교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 중견연구자지원사업, 삼성전자의 산학과제, 한국기초과학지원연구원과 한국과학기술정보연구원의 지원으로 진행됐다.