국내 연구진이 자성메모리(M램) 반도체의 전력 소모와 발열을 잡을 신개념 메모리 소자를 개발했다.
유정우 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 교수 연구진은 저전력으로 메모리에 데이터를 저장할 수 있는 M램 소자 구조를 제안하고 이를 실험적으로 입증했다고 28일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 지난 9일 게재됐다.
M램은 비휘발성 메모리의 한 종류인 낸드플래시와 동적메모리(D램)의 장점을 고루 갖춘 차세대 메모리다. 낸드플래시처럼 전원을 꺼도 데이터가 날아가지 않는 비휘발성을 지니며 D램 수준으로 속도가 빠르다. 안전성과 빠른 데이터 읽기, 쓰기가 필요한 분야에서는 일부 상용화됐다.
M램은 메모리에 데이터를 쓰고 지울 때 전류를 사용한다. 메모리 소자를 구성하는 두 개 자성층의 자화 방향이 서로 평행일 때는 저항값이 작고 반평행 상태일 때는 저항값이 높아지는데, 각각의 평행 또는 반평행 상태에 따라 0과 1로 이뤄진 데이터를 저장하는 방식이다. 다만 자성층 자화 방향을 바꾸기 위해 일정 이상의 전류를 가하면 전력 소모와 발열이 커 문제였다.
연구진은 전압 펄스만으로 메모리에 정보를 쓸 수 있는 메모리 소자를 개발했다. 이 소자는 그래핀이 자성절연체인 이트륨 철 가넷(YIG)과 강유전체인 고분자 ‘PVDF-TrFE’ 사이에 끼어 있는 구조로, 전압 펄스를 가하면 그래핀에 흐르는 전류 방향이 바뀐다. 이 방향에 따라 0과 1을 저장한다. 강유전체는 외부 전기장 없이도 전하가 한쪽으로 쏠린 분극 상태를 유지하는 물질을 말한다.
유정우 교수는 “발열과 에너지 소모를 획기적으로 줄이고 기하급수적으로 늘어나는 AI 반도체 소자의 전력 소모 문제를 해결할 수 있는 단초를 제공한 연구”라고 설명했다.
참고 자료
Nature Communications(2024), DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-52835-z