텅스텐-바나듐 초박막 합금 이용한 고효율 스핀류 전환소재

김영근 교수팀-울산대 연구진 공동연구결과 NPG 아시아 머티리얼즈에 실려

고려대학교(총장 정진택)는 김영근 공과대학 신소재공학부 교수 연구팀이 차세대 자기메모리의 핵심 소재로 사용될 수 있는 고효율 스핀류 전환 소재를 개발했다고 23일 밝혔다.

자기메모리(MRAM)는 자성을 띄는 물질을 이용해 정보를 저장하고 읽어내는 기억장치로 전원이 차단돼도 저장된 정보가 사라지지 않는다는 점에서 기존의 메모리 소자와 구별된다.

특히, 스핀궤도 돌림힘(spin-orbit torque, SOT)이 차세대 MRAM의 대표적인 구동원리로 주목받고 있다.

연구진은 현재 반도체 공정에서 배선 플러그에 사용 중인 텅스텐(Tungsten, W)에 주목했고, 바나듐(Vanadium, V)과의 합금화를 유도한다면 높은 스핀류 전환 효율을 보일 수 있다는 울산대 임성현 교수팀의 제일원리 이론 계산결과에 기반해 텅스텐-바나듐 합금을 제작했다.

텅스텐-바나듐 합금은 기존 텅스텐 단일박막 대비 스핀류 전환 효율이 약 40% 이상 개선된 결과를 보였으며, 이론 계산을 진행해 도출한 텅스텐-바나듐 합금의 특성값과 상당히 유사한 결과를 나타내는 것을 확인했다.

연구팀은 "반도체 공정 친화적이고 높은 스핀류 전환 효율을 보이는 텅스텐-바나듐 합금은 차세대 자기메모리 소자의 스핀류 생성층으로써 사용될 수 있는 가능성이 높은 소재이며, 한국을 포함한 미국과 유럽 그리고 일본에서의 특허를 확보해 두어 차세대 자기메모리 소자 개발 경쟁에서 앞서 나갈 수 있는 기틀을 마련했다는 점에서 의미가 있다" 라고 연구의 의의를 설명했다.

과학기술정보통신부 원천기술개발사업(미래소재디스커버리사업)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 네이쳐 퍼블리싱 그룹(Nature Publishing Group)의 국제학술지 '엔피지 아시아 머티리얼즈(NPG Asia Materials)'에 지난 20일 게재됐다.