[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 국내 연구진이 차세대 초저전력 자기메모리(MRAM)의 성능과 안정성을 높일 수 있는 새로운 텅스텐-몰리브덴(W-Mo) 합금 소재를 개발했다.

울산대학교는 신소재·반도체융합학부 임성현 교수와 고려대학교 신소재공학부 김영근 교수 공동연구팀이 차세대 메모리로 주목받는 스핀오빗토크 자기메모리(SOT-MRAM)의 핵심 소재 성능을 개선한 텅스텐-몰리브덴(W-Mo) 합금을 개발했다고 28일 밝혔다.

SOT-MRAM은 데이터 처리 속도가 빠르고 전력 소모가 적어 차세대 메모리로 주목받고 있다. 다만 핵심 소재로 널리 연구돼 온 텅스텐(W)은 전류가 흐를 때 전기저항이 높아 전력 소모를 더욱 줄이는 데 한계가 있었다.

연구팀은 텅스텐에 몰리브덴(Mo)을 합금화하는 방식으로 이 같은 문제를 해결했다. 특히 컴퓨터 시뮬레이션을 활용한 제일원리 계산과 실제 소자 제작 실험을 결합해 최적의 합금 비율을 도출했다.

제일원리 계산 결과 몰리브덴 함량이 약 12.5%일 때 스핀 전달 성능이 가장 우수할 것으로 예측됐으며, 실제 제작한 소자에서도 몰리브덴 함량 12.7% 조성에서 전기저항은 낮아지고 스핀오빗토크 효율은 높아지는 것으로 확인됐다. 이론적 예측과 실험 결과가 거의 일치한 셈이다.

개발된 합금은 영하 50도부터 영상 150도까지 넓은 온도 범위에서도 안정적으로 스위칭이 이뤄졌으며, 100회 반복 동작에서도 신뢰성 있는 성능을 유지했다. 연구팀은 이번 성과가 온도 변화가 큰 자동차 전장부품은 물론 고신뢰성이 요구되는 반도체 메모리 분야에도 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

임성현 교수는 "이번 연구는 컴퓨터 예측 계산을 통해 전기저항을 낮추면서도 효율을 높일 수 있는 합금의 최적 비율을 찾아내고 이를 실제 실험으로 입증했다는 데 의미가 있다"며 "향후 자율주행차와 항공우주 기기 등 극한 환경에서도 안정적으로 작동하는 차세대 고신뢰성 반도체 메모리 개발의 중요한 기반이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

한편 이번 연구에는 울산대 이현주 학생과 고려대 고한석·이정규 학생이 공동 제1저자로 참여했으며, 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)에 게재됐다.


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