KIST "양자소재로 초저전력서 동작하는 스핀 반도체 개발"

국내 연구진이 양자 소재로 기존 메모리 대비 3분의 1 자기장으로도 동작하는 초저전력 스핀 반도체를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 스핀융합연구단 최준우 책임연구원팀이 숭실대 물리학과 박세영 교수팀과 공동으로 이차원 물질 적층 구조의 양자소재 기반 스핀 메모리를 개발했다고 밝혔다.

스핀 메모리는 원자핵이나 전자의 각운동량 단위로 자성과 연관된 특성인 스핀에 정보를 저장하는 반도체다.

실리콘 반도체보다 낮은 전력을 써 차세대 반도체로 주목받는다.

스핀 메모리에는 양자적 특성이 나타나는 양자소재를 활용하면 성능이 높아지는데, 이를 실제 활용하기 위해서는 전기적으로 양자소재 물성을 제어하는 기술 개발이 필요했다

연구팀은 대표적 양자소재인 이차원 물질을 결합해 강자성체와 강유전체가 층층이 쌓인 반도체 소자를 개발했다.

강자성체는 자성 특성을 나타내 스핀 메모리의 기본 물질이다.

이 물질은 전압을 걸면 이차원 강유전체 격자가 팽창하면서 강자성체의 자기적 특성을 바꿔 스핀 특성 변화를 끌어낸다고 연구팀은 설명했다.

실제로 이 소자에 5V 정도의 낮은 전압을 걸었을 때 강자성체의 스핀 방향을 바꾸는 데 필요한 자기장을 70% 감소시킬 수 있었다.

이는 이 소자에 매우 작은 전압을 가하면 3분의 1 수준 자기장으로도 전자스핀 제어가 가능하다는 것을 의미한다고 연구팀은 설명했다.

최 책임연구원은 "양자소재를 활용한 초저전력 차세대 메모리 핵심 요소 기술을 확보해 최근 흔들리는 반도체 산업에서 기술 우위와 경쟁력을 유지할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 지난 9월 12일 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 실렸다.

/연합뉴스