M램 반도체, 전기 덜 먹고 발열까지 잡았다

UNIST, 새로운 메모리 소자 개발
전압 펄스만으로도 정보 저장 가능

울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 유정우 교수(앞줄 가운데)팀이 저전력으로 메모리에 데이터를 저장할 수 있는 자성메모리(M램) 소자를 개발했다. UNIST 제공

[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 유정우 교수팀이 저전력으로 메모리에 데이터를 저장할 수 있는 자성메모리(M램) 소자를 개발했다. 유정우 교수는 28일 "이번에 개발한 M램 소자는 발열과 에너지 소모를 획기적으로 줄이고, 기하급수적으로 늘어나는 AI 반도체 소자의 전력 소모 문제를 해결할 수 있는 단초를 제공한 것"이라고 설명했다.

M램은 낸드플래시와 D램의 장점을 고루 갖춘 차세대 메모리다. 낸드플래쉬처럼 전원을 꺼도 데이터가 날아가지 않는 비휘발성을 지니며 D램 수준으로 속도가 빠르다. 안전성과 빠른 데이터 읽기, 쓰기가 필요한 분야에서는 일부 상용화됐다.

하지만 M램은 메모리에 데이터를 쓰고 지울 때 전류를 사용하고, 이런 과정에서 발열이 증가한다.

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 메모리 소자를 전압 펄스만으로 메모리에 정보를 쓸 수 있게 만들었다. 즉 전류를 직접 흘리지 않고 전압 펄스만으로도 데이터를 저장할 수 있어 전력 소모가 훨씬 줄어든다. 이로 인해 에너지 효율이 높아지고, 전류가 흐르지 않아 발열도 줄어들게 되는 것이다.

이 소자는 그래핀이 자성절연체인 이트륨 철 가넷(YIG)과 강유전체인 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)와 에틸렌(TrFE)를 중합시킨 고분자(PVDF-TrFE) 사이에 끼어 있는 구조인데, 전압 펄스를 가하면 그래핀에 흐르는 전류 방향이 바뀐다. 이 방향에 따라 0과 1을 저장한다.

개발된 메모리 소자에는 역에델스타인 효과, 강자성공명 현상 등과 같은 물리 이론이 적용됐다. 자성절연체의 강자성공명으로 그래핀에 주입된 스핀전류가 역에델스타인 효과에 의해 전하전류로 변환되는 원리다. 전류 방향은 강유전체에 전압펄스를 줘서 바꿀 수 있다.

전압펄스가 강유전체의 극성을 바꾸면 그래핀의 페르미 준위가 이동하기 때문이다. 페르미 준위에 따라 그래핀에 흐르는 전류 방향이 바뀌게 된다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 메모리 소자 구조를 실험적으로 입증해내 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 지난 10일 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자