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[사이언스타임즈] 차세대 자기메모리 관련 기사 영문/국문

FERRIMAN 2009. 11. 11. 13:06

Scientists find solution for preventing malfunction in next-generation 'magnetic memory' Industry-academia-research institute joint research team succeeds in controlling recording by using quantum property 2009년 11월 11일(수)

영어로 읽는 과학기사 A Korean research team has identified the mechanism for a malfunction that occurs in STT-MRAM(Spin-transfer torque magnetic memory), a next-generation memory technology, and discovered that said malfunction could be prevented by controlling the quantum effect.

The research team is comprised of members of academia, industry and research institutes, led by Prof. Lee Kyung-jin of the new materials department of Korea University, Dr. Oh Se-chung of Samsung Electronics, Dr. Park Seung-young of the Korea Basic Science Institute(KBSI), and Prof. Lee Hyun-woo of the physics department at the Pohang University of Science and Technology(POSTECH).

The study was supported by the senior researcher assistance program implemented by the Ministry of Education, Science and Technology(Minister Ahn Byung-man) and the Korea Research Foundation(Chairman Park Chan-mo), as well as the industry-academia collaboration program of Samsung Electronics, and KBSI and the Korea Institute of Science and Technology Information(KISTI). The results of the study were published in the October 25 issue of Nature Physics, a world-renowned physics journal.

STT-MRAM is a non-volatile memory technology that uses spin-transfer torque, a phenomenon in which the magnetic direction of a magnet shifts when electric voltage is applied to a small magnet. It is a next-generation memory technology that allows for ultra-high precision processing of below the 30-nanometer level, which is currently considered a technological barrier. Next-generation memory technologies include PRAM(Phase-Change RAM) and RRAM(Resistive RAM), as well as STT-MRAM(Spin-Transfer Magnetic RAM), while conventional memories include SRAM, DRAM, and Flash Memory.

▲ A diagram of STT-MRAM(left) and a conceptual diagram of magnetization reversal at a magnetic tunnel junction (MTJ) within STT-MRAM 

[ Spin-Transfer Torque ]

It is a physical phenomenon wherein an electric current (or voltage) is injected into a magnetic substance, causing the injected electrons to be transferred to spins that comprise the magnetic substance, thus controlling the direction of the spins. It is a recording method for STT-MRAM, a new type of non-volatile memory, which major semiconductor makers in Korea and around the world are racing to research and develop.

Countries and companies that develop this memory technology are expected to lead the global memory chip market, and hence major semiconductor makers in advanced countries and around the world are striving to develop it. However, a major hurdle to STT-MRAM's commercialization has been a malfunction that occurs when it operates at a high speed.

The Korean research team discovered that the malfunction is caused by a unique dependence on the voltage of the spin-transfer torque. Moreover, the team successfully regulated the electric voltage dependence of the spin-transfer torque by controlling the quantum effect, and created a STT-MRAM that does not entail malfunctions.

Countries and companies that develop this memory technology are expected to lead the global memory chip market, and hence major semiconductor makers in advanced countries and around the world are striving to develop it. 

The Korean research team discovered that the malfunction is caused by a unique dependence on the voltage of the spin-transfer torque. Moreover, the team successfully regulated the electric voltage dependence of the spin-transfer torque by controlling the quantum effect, and created a STT-MRAM that does not entail malfunctions.

Prof. Lee Kyung-jin, who oversaw the study, said, "This study is a good example of a case in which basic science has served the theoretical foundation that helps resolve a practical problem that occurs at the industry level", stressing the importance of basic science. He added, "Whereas conventional studies on memory devices focused on how the quantum effect could be prevented, studies on STT-MRAM have been able to produce better characteristics by proactively utilizing the quantum effect."

Dr. Oh Se-chug at Samsung Electronics said, "We have realized once again that basic science will determine future engines of growth and methods of survival and success in the future", addressing the importance of joint study between industry, academia and research institutes. He added, "We have confirmed the excellence of Korean technology by developing a solution to a core problem in STT-MRAM before our rivals could, at a time when major semiconductor makers around the world are staging fierce competition to develop STT-MRAM."

For the study, Prof. Lee at Korea University took charge of overall coordination, Dr. Oh at Samsung Electronics designed the device and experiment, Dr. Park at KBSI analyzed characteristics, and Prof. Lee at POSTECH was responsible for theoretical investigation.

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차세대 ‘자기메모리’ 오동작 방지 핵심문제 해결 산학연 공동연구팀, 양자 특성 이용 기록제어 성공 2009년 10월 26일(월)

국내 연구팀이 차세대 메모리인 STT-MRAM(스핀토크 자기메모리)에서 발생하는 오동작의 원리를 규명하고, 양자효과 조절을 통해 오동작을 방지할 수 있다는 사실을 밝히는데 성공했다.

고려대 신소재공학과 이경진 교수를 주축으로 한 삼성전자 오세충 박사, 한국기초과학지원연구원 박승영 박사, 포스텍 물리학과 이현우 교수의 산학연 공동연구팀이 주인공이다.

이번 연구성과는 교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)이 추진하는 중견연구자지원사업, 삼성전자의 산학과제, 한국기초과학지원연구원과 한국과학기술정보연구원의 지원을 받았으며, 물리학 분야의 저명 국제 과학저널인 ‘네이처 피직스(Nature Physics)’지에 10월 25일자로 게재되었다.

STT-MRAM은 수십 나노미터 크기의 작은 자석에 전압을 인가할 때, 자석의 자화방향이 바뀌는 스핀전달토크(spin-transfer torque)를 이용하는 방식의 비휘발성 메모리로서, 현재 기술적 한계로 인식되는 30나노급 이하의 초미세 공정이 가능한 차세대 메모리이다. 참고로 차세대 메모리로는 PRAM (Phase-Change RAM: 상변화 메모리), RRAM (Resistive RAM: 저항 메모리), STT-MRAM (Spin-Transfer Torque Magnetic RAM: (스핀토크) 자기 메모리) 등이 있으며, 기존 메모리로는 SRAM, DRAM, Flash Memory 등이 있다.

[ 스핀전달토크 (Spin-Transfer Torque) ]
자성체에 전류 (혹은 전압)를 주입하면, 주입된 전자가 갖고 있는 스핀이 자성체를 구성하고 있는 스핀에 전달되어, 자성체 스핀의 방향을 조절할 수 있는 물리현상이다. 현재 새로운 비휘발성 메모리로 연구 중인 스핀토크 엠램 (STT-MRAM)의 기록방식으로, 국내는 물론 전 세계 주요 반도체 업계에서 매우 활발한 연구경쟁이 이루어지고 있다.

이 메모리를 개발한 국가와 기업이 향후 메모리 시장을 주도할 것으로 예상되면서, 선진국과 전 세계 주요 반도체 회사에서 연구개발 중이다. 그러나 STT-MRAM은 빠른 속도로 구동할 때 오동작이 발생하는 문제가 존재하여 상용화에 중대한 걸림돌이 되어왔다.

연구팀은 이러한 오동작이 스핀전달토크의 특이한 전압의존성에 의한 것임을 밝혀냈다. 또한 자성전극의 양자효과를 조절하여 스핀전달토크의 전압의존성 제어에 성공하여, 이러한 오동작이 일어나지 않는 STT-MRAM을 구현하였다.

▲ STT-MRAM의 개략도(왼쪽)와 STT-MRAM 중 자기터널접합 (MTJ)에서 자화반전의 모식도(오른쪽) 

이번 연구의 총괄을 맡은 이경진 교수는 “이번 연구는 기초학문이 실제 기업에서 발생하는 문제를 해결하는 이론적 토대가 된다는 좋은 예이다”라고 기초학문의 중요성을 밝히며, “메모리 소자에 대한 기존 연구는 양자효과를 어떻게 하면 피할 수 있는가에 초점이 맞춰진데 반해, STT-MRAM의 경우 양자효과를 적극적으로 활용하여 더 우수한 특성을 얻을 수 있었다”라고 연구의의를 설명했다.

삼성전자 오세충 박사는 “미래 신성장 동력과 먹을거리 창출은 바로 기초과학이 결정한다는 사실을 다시 한 번 확인했다”고 산학연 공동연구의 의의를 밝혔다. 또한 “STT-MRAM을 먼저 개발하기 위해 전 세계 주요 반도체 기업들 간의 경쟁이 치열한 상황에서 국내 연구진이 STT-MRAM의 핵심문제를 앞서 해결함에 따라 우리 기술력의 우수성을 확인할 수 있었다”고 말했다.

이번 연구는 고려대 이경진 교수가 공동연구를 총괄하고 삼성전자 오세충 박사가 소자 및 실험 설계, 한국기초과학지원연구원 박승영 박사가 특성 분석, 포스텍 이현우 교수가 이론적 고찰을 각각 담당하였다.

임동욱 기자 | duim@kofac.or.kr

저작권자 2009.10.26 ⓒ ScienceTimes
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