양자소재 적층 구조 반도체 소자에 매우 작은 전압만 가하면 통상의 3분의 1 수준 자기장으로도 전자의 스핀을 제어할 수 있다.(한국과학기술연구원 제공)

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(서울=뉴스1) 윤주영 기자 = 국내 연구진이 차세대 초저전력 메모리 개발 핵심인 차세대 소자 개발에 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 두 가지 특성을 가진 양자소재를 결합한 '이차원 강자성체·강유전체' 적층 구조 반도체 소자를 최초 개발했다고 8일 밝혔다. 양자소재로 초저전력 메모리를 제작할 수 있는 길을 열게 됐다.

초저전력 메모리는 전자의 스핀 특성을 이용한 '스핀 메모리'다.

현재 양산되고 있는 실리콘 반도체보다 낮은 전력으로 대용량 정보를 처리하는 데 적합해 차세대 반도체다.

이번 연구는 KIST 스핀융합연구단 최준우 박사팀과 숭실대학교 물리학과 박세영 교수팀이 공동 진행했다.

'양자소재' 반도체 소자에 전압을 가하면 전자의 스핀 정보를 효과적으로 제어, 초저전력으로 정보를 읽고 쓰는 것이 가능한 점을 이용했다. 양자소재는 평면의 단일 원자층으로 쉽게 분리되는 '이차원 물질'이 쌓인 것이다.

공동 연구팀은 두 가지 특성의 양자소재를 조합해 '이차원 강자성체·강유전체' 적층 구조 반도체 소자를 제작했다.

강자성체는 외부 자기장이 없는 상태에서도 전자의 스핀들이 같은 방향으로 정렬되어 자성을 띨 수 있는 물질이다. 강유전체는 전압 없이도 전기 분극이 일어나는 물질이다.

강자성체 전자 스핀 방향을 바꿔주는 데 필요한 자기장 세기인 '보자력' 감소를 이용했다. 양자소재 적층 구조 반도체 소자에 매우 작은 전압만 가하면 통상의 3분의 1 수준 자기장으로도 전자의 스핀을 제어할 수 있다.

연구진이 개발한 반도체 소자에 5V 정도의 낮은 전압을 걸었더니 보자력이 70% 이상 감소했다.

이차원 강유전체 격자는 전압에 의해 팽창한다. 이 경우 강자성체 자기이방성(물질의 자기적인 성질이 방향에 따라 달라지는 특성)이 변화하게 되는데 이 현상을 적용하면 보자력이 감소한다.

최준우 KIST 박사는 "초저전력 메모리 핵심 요소 기술을 확보해 반도체 산업에서 기술 우위를 점할 수 있을 것"이라고 기대했다.

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