hwp

Size: px

Start display at page:

Download "hwp"

수지 주
5 years ago
Views:

1 자기메모리 (MRAM) 기술의동향과발전전망 김영근 서 론 기능화를목표로지속적인개발이요구되고있다. MRAM(Magnetic Random Access Memory) 은자기저항 (Magnetoresistance) 이라는양자역학적효과를이용한기억소자로서, 전원이꺼져도기록된정보가지워지지않는비휘발성 (Nonvolatile) 소자로서고속정보처리가가능한차세대통합형정보저장소자의대표주자중하나이다. 만약고집적 MRAM의상용화가가속된다면언제인가는 PC 또는휴대폰의부팅이순식간에이루어질수있다. 자기저항효과에활용한자성소자기술은스핀트로닉스 (Spintronics) 기술의하나로이기술의단초가된거대자기저항 (Giant Magnetoresistance) 현상은 1988년프랑스의 A. Fert와독일의 P. Grünberg에의해발견되었으며, 2007년노벨물리학상이수여되었다. [1] 21세기거대기간산업의하나인정보저장산업은지속적이며, 새로운기술혁신이필요한분야로우리나라의국부를창출하고있는산업분야이다. 최근들어세계적으로노트북 PC 를비롯한 PDA, MP3, 디지털카메라, 휴대형단말기등각종정보제품들은초소형화, 고속화, 지능화의방향으로빠르게진화하고있으며유비쿼터스, 홈네트워킹, 모바일컴퓨팅등새로운기술의발전과더불어 Gb급초고집적, ns급초고속비휘발성메모리에대한수요가증대되어, 정보저장에대한수요는매 5년마다 10배씩증가하는추세에있다. 휴대용단말기의경우이미연간 6억대를넘는세계유통시장을형성하고있으며, DMB 방송수신, 의료용자가진단, 화상통신등새로운기능및컨텐츠가추가된신제품개발은무한경쟁체제에돌입하고있다. 또한초고속컴퓨터, RFID, 의료기기, 일반가전에서우주항공에이르기까지전체전자기기들을네트워킹화하려는시도가진행되면서중계기, 단말기및통신부품등에사용되는메모리의성능또한고집적, 고속, 고 저자약력김영근교수는 1993년 MIT에서공학박사를받은후, 미국 Quantum Corporation 엔지니어 ( ), 삼성전기수석연구원 ( ) 을거쳐, 고려대학교공과대학신소재공학부교수로재직중이다. 현재 IEEE Transactions on Magnetics의편집위원과한국자기학회학술이사로활동하고있다. MRAM 의특징및시장성 2006년현재마이크로프로세서, 메모리등을포함하는세계반도체시장규모는약 2천5백억달러를상회하고있으며, 우리나라의삼성전자와하이닉스는각각 2위와 8위를점하고있다. [2] 반도체시장중메모리시장은 2006년약 600억달러에서 2012년약 1천7백억달러규모로성장할전망이다. [3] MRAM은표 1의비교에서보듯 Flash가갖는비휘발성이외에, DRAM 급의고속동작이가능한반면전력소모가적고무한대의기록및재생이가능하며, 방사능내성이강하다는장점이있어, 이미 i) 미사일, 우주선과같은군수용제품에쓰이고있으며, 향후 ii) 휴대전화기, PDA 같은휴대단말기에적용가능성이높은데, 이는가격과공간면에서 Flash와 DRAM을대체할수있기때문이다. 또한 iii) 컴퓨터, 네트워크분야에서 I/O 지연을해결하기위해기존의 EEPROM이나 SRAM을극복할대안기술로부각되고있다. 그밖에 iv) 저가로비휘발성을요구하는 RFID 태그에적용하려는시도가진행중이며, v) 공장자동화용마이크로컨트롤러, 로봇등에활용가능성이높다. 향후 MRAM의고집적화기술이더욱향상된다면휴대폰과같은단말기에적용되는임베디드 (Embedded) 시스템들의아키텍처가근본적으로바뀔수있다. 임베디드 MCU(Microcontroller Unit) 에서각각데이터저장과프로그램메모리용으로사용되는 RAM과플래시메모리를통합대체할수있는잠재력을갖고있다. MRAM의경우, 정보처리분야외에도많은틈새시장 (Niche Market) 에활용될가능성이높다. 일례로미국 Freescale사는 MRAM을자동차용정보저장기기에응용하려고계획하는데, 이는여타메모리와달리 MRAM의온도내구 [1] The Nobel Prize in Physics 2007, The Royal Swedish Academy of Sciences ( [2] Gartner Dataquest (2007). [3] Databeans (2007). 28 물리학과첨단기술 December 2007

2 표 1. 여러가지메모리의성능비교. [4] Memory Type Property SRAM DRAM Flash FeRAM MRAM Read Fast Moderate Fast Moderate Moderate-Fast Write Fast Moderate Slow Moderate Moderate-Fast Non-volatility No No Yes Partial Yes Endurance Unlimited Unlimited Limited Limited Unlimited Refresh No Yes No No No Cell Size Large Small Small Medium Small Low Voltage Yes Limited No Limited Yes 그림 2. 응용분야에따른 MRAM 의시장규모. [6] 그림 1. MRAM 기술개발동향. [5] 성이커서저온에서고온에이르기까지넓은온도범위에서작동할수있기때문이다. 차량충돌기록장치를위해사고발생시, 보다많은데이터를수집, 저장하여사고나고장의원인을알아내는데활용할수있다. 이러한이유로세계각국의여러회사들이 MRAM의연구개발에힘을쏟고있다 ( 그림 1). MRAM이당면한최대의과제는 Gb 급이상의고집적화를구현할수있는기술개발로핵심구동셀의성능을높일수있는자성소재, 구조개발이급선무이다. 고집적화문제가해결된다면 2012년 MRAM 시장은 160억달러로성장할전망으로다양한산업분야에응용될전망이다 ( 그림 2). [6] MRAM 기술의핵심사항현재스핀소자중가장각광을받고있는것은자기터널접 합 (Magnetic Tunnel Junction, MTJ) 로 MRAM의구동셀또는자기저항센서등의응용분야에가능성을갖고있기때문이다. [7] 전형적인자기터널접합은강자성체로구성된고정층 (Pinned Layer) 과자유층 (Free Layer) 을가지며중간에터널배리어 (Tunnel Barrier) 로사용되는절연층에의해분리되어있다. 자기터널접합에서스핀전자의전도는전자가강자성층 / 배리어층 / 강자성층으로이루어진접합을통과할때, 두강자성층의자화배열에따라즉평행, 반평행상태에따라전도의양상이달라진다. 그림 3에서와같이이러한전도도의차이는자유층과고정층으로각각사용되는강자성층의스핀분극도 [4] G. Grynkewich et al., Nonvolatile Magnetoresistive Random-Access Memory Based on Magnetic Tunnel Junctions, MRS Bulletin, Nov. 818 (2004). [5] S. Ikeda et al., IEEE Transactions on Electron Devices 54, 991 (2007). [6] Magnetic Memory: An analysis and forecast of the market for MRAM', NanoMarket, January (2005). [7] 전병선, 김영근, 한국자기학회지 16, 186 (2006); 김영근, 전기전자재료 20, 3 (2007). 본고의일부내용은한국자기학회와한국전기전자재료학회의승인을얻어발췌하여사용하였음. 물리학과첨단기술 December

그림 4. 인접한도선에발생한자기장에의한자성층의자화반전 (M s 는포화자화이며 H c 는보자력임 ). 그림 3. MRAM 구동셀인자기터널접합의구조. [7] (Spin Polarization) 와배리어물질을통한전자의터널링효과에의존한다. 평행, 반평행상태에따른저항값의변화를터널자기저항비 (Tunneling Magnetoresistance, TMR) 라부른다.

스위칭은강자성층의용이한자화반전이관건이므로, 셀의구조, 형상제어와더불어저포화자화 (Saturation Magnetization) 를갖는재료발굴이 MRAM의기록성능 (Writing Margin) 을확보하는핵심사항이다. 기존의 MRAM은그림 4와같이기록시인접한외부도선에서발생하는자기장을이용하여자화반전을하는방식을채택한다.

한편비트선택도문제는셀의크기가작아질수록제조공정상셀을균일하게만들기가어렵고, 셀간의거리가가까워짐에따라특정셀뿐아니라인접한셀도자기장의영향을받게되어오류가발생할수있다.

3 그림 4. 인접한도선에발생한자기장에의한자성층의자화반전 (M s 는포화자화이며 H c 는보자력임 ). 그림 3. MRAM 구동셀인자기터널접합의구조. [7] (Spin Polarization) 와배리어물질을통한전자의터널링효과에의존한다. 평행, 반평행상태에따른저항값의변화를터널자기저항비 (Tunneling Magnetoresistance, TMR) 라부른다. 따라서높은스핀분극을갖는강자성재료및터널배리어개발은 MRAM의재생성능 (Reading Margin) 을높이는데가장중요한핵심사항이다. 또한 MRAM의상용화를위해관건이되는기술적해결과제는나노미터크기를갖는자기터널접합의스위칭문제이다. 여기서스위칭은자유층의자화반전을의미한다. 집적도가 Gb급으로갈수록구동전류한계에따라특정셀의스위칭이어려워지거나, 인접셀에의한간섭문제가발생한다. 스위칭은강자성층의용이한자화반전이관건이므로, 셀의구조, 형상제어와더불어저포화자화 (Saturation Magnetization) 를갖는재료발굴이 MRAM의기록성능 (Writing Margin) 을확보하는핵심사항이다. 기존의 MRAM은그림 4와같이기록시인접한외부도선에서발생하는자기장을이용하여자화반전을하는방식을채택한다. 일정량이상의전류가흘러임계자기장을넘으면자성층의자화방향이반전하게된다. 이러한방식은하나의셀이차지하는면적이증가하여구조적으로고집적화에걸림돌이된다. 특히자기터널접합셀의크기가작아질수록스위칭에저항하는힘인보자력 (Coercivity, H c ) 이커지게되어큰전류가도선에흘러야한다. 한편비트선택도문제는셀의크기가작아질수록제조공정상셀을균일하게만들기가어렵고, 셀간의거리가가까워짐에따라특정셀뿐아니라인접한셀도자기장의영향을받게되어오류가발생할수있다. 기존의 MRAM에서는그림 5처럼서로수직한두개의도선인워드라인과비트라인에필요한만큼의전류를각각인가하여두도선의교차점에있는특정셀내자유층의자화방향을선택적으로반전함으로써원하는정보를기록하고있다 (Half Selecion 방식 ). 전술한바와같이도선에전류를흘리면도선의주위에원 그림 5. Half Selection 방식의정보기록. 형의자기장이유도된다는원리, 그리고임계값이상의전류를도선에흘려자성박막의보자력보다큰자기장을셀근처에형성할때도선에흐르는전류의방향에따라자성박막으로이루어진자유층의자화방향을결정할수있다는원리를활용한것이다. 이때, 두개의수직한도선에전류를인가하는이유는, 교차점에있는자성층의자화방향을스위칭하는데필요한전류의임계값이하나의도선에전류를흘려스위칭하는데필요한임계값에비하여절반정도로작기때문에원하는비트만을선택적으로스위칭할수있기때문이다. 그러나메모리가고집적화됨에따라셀과셀사이의거리가짧아지는데, 지금처럼외부도선으로부터발생하는자기장을이용하는한, 근본적으로간섭 (Cross-Talk) 현상을피할수없다. 도선을투자율이높은연자성물질로감싸서자기장을주어진셀에국한시키거나, 토글 (Toggle) 스위칭 [8] 이라는독특한기록방식을고안하여 MRAM의고밀도화가능성을한층높였으나, 근본적으로문제를해결한것은아니다. 최근재생성능의향상 ( 출력신호의증가 ) 의관점에서, 기존터널배리어재료인 AlO x 를 MgO로대체하여터널자기저항비 (TMR) 를 40% 에서 400% 정도이상으로올릴수있다는보고가세계여러곳에서발표되고있으며, 외부자기장이아닌자기터널접합에직접전류를주입하여자화반전을유도하는 [8] L. Savtcheko et al., U.S. Patent 6,545,906 (2003). 30 물리학과첨단기술 December 2007

4 표 2. 자기터널접합을기반으로하는소자, 부품및시스템. [7] 1차기능 ( 소재 ) 2차기능 ( 소자 ) 3차기능 ( 부품 ) 4차기능 ( 제품 / 시스템 ) 5차기능 ( 산업 ) 고성능디지털메모리 컴퓨터, 네트워크 정보저장산업 임베디드칩 휴대폰, GPS, 단말기 정보저장산업 비휘발성 MRAM 임베디드칩 스마트카드, RFID 유비퀴터스산업 방사능내성메모리 미사일, 우주선 국방산업 자기터널접합 Microcontroller 자동화센서, 로봇 자동화산업 논리소자 Chameleon Processor 신기능정보처리기기 정보처리산업 공명터널소자 스핀트랜지스터 신기능정보처리제품 정보처리산업 재생센서 자기기록헤드 고기록밀도 HDD 정보저장산업 분자검지소자 DNA/ 단백질칩 / 센서 진단기기시스템 바이오산업 스핀전달토크 (Spin Transfer Torque, STT) 기록방식이대두되어많은연구가진행되고있다. STT 기록방식은별도의외부도선이필요없어고집적화에유리한특징이있다. 참고로표 2는자기터널접합을근간으로하는기능별, 응용별소자, 부품, 시스템기술분야를보여주고있다. [7] 즉, 자기터널접합은정보통신산업, 자동화산업, 국방산업및바이오산업에이르기까지넓은산업분야에걸쳐필요한여러소자, 부품, 시스템에기능성을제공하는핵심기반기술이다. 이미소자단위에서기술적으로검증된 MRAM 및자기기록센서외에도, 최근신개념이제시된능동형논리회로소자, 스핀공명터널소자등은부품수준의기술개발이이루어진다면메모리분야못지않은성장잠재성이매우크다고판단된다. 또한자기터널접합은다른소자에비해쉽게높은신호대잡음비 (SNR) 를얻을수있어분자단위의검지가필요한초고감도바이오센서로응용가능성이있다. 연구개발동향 1995년미국 MIT의 Moodera [9] 와일본 Tohoku 대의 Miyazaki [10] 에의해자기터널접합에서높은자기저항비를얻은이후, 고집적 MRAM 구현이가시화되었다. 미국은지난 10년간국방성 DARPA 주도로 MRAM 기초기술개발을수행하였고현재는기업중심의상용화를진행중이다. Honeywell은이미미사일제어등군수용으로저용량 MRAM을납품하고있다. 민간부문에서 IBM은 2000년 ISSCC 학회에서 0.25 µm CMOS 기술을적용하여 1 Kb 테스트어레이를발표하였고, 2004년 16 Mb 메모리가능성을검증하였다. Motorola에서분사한 Freescale Semiconductors는 2004년 0.2 µm CMOS 기술을적용한임베디드메모리형태의 4 Mb MRAM 시제품을출시한이후, 2006년 0.18 µm CMOS 공정을이용하여 35 ns의액세스시간을갖는 4 Mb MRAM 상용화에성공하였다. 동사는현재배터리백업과같은틈새시장에진출하고있으나, 향후자동차용메모리시장을겨냥한제품을개발중이다. 일본의 Toshiba-NEC 공동개발팀은 2004년 0.24 µm 자기터널접합기술로제조된 1 Mb MRAM의구현에성공한이래, 2006년 2월 0.13 µm 반도체공정과새로운설계기술을도입하여 16 Mb의 MRAM 기술을발표하였다. 또한 Toshiba는 2006년 5월 IEEE Intermag 학회에서 64 Mb MRAM 테스트결과를발표하였다. 최근 MRAM 분야의기술환경변화를살펴보면, 높은재생마진확보를위해에피택셜 (Epitaxial) 구조의 MgO 터널배리어를사용하는연구가주류를이루고있다. 2001년 Butler에의하여이론적으로 1000% 가가능하다는이론이발표되면서, [11] MgO 터널배리어를사용한자기터널접합연구가많이수행되었다. 2004년에일본 AIST의 Yuasa가 MgO를터널배리어로사용하여 20 K에서 250%, 상온에서 180% 의자기저항비를획득하였으며, [12] 거의동시에미국 IBM의 Parkin도 MgO 터널배리어로유사한수준의자기저항비를얻었다. [13] 높은자기저항비는재생마진을획기적으로향상시켜충분한신호대잡음비를확보할수있다. 그후지속적으로세계여러연구그룹에서 MgO 터널배리어연구를수행하고있다. 그러나수 nm 두께의 MgO를증착하기위해서는초고진공스퍼터링장비가있어야하며까다로운공정제어가필요하다. 올해 Tohoku 대의 Ohno와 Hitachi는공동연구를통해상온에서 472% 수준의자기저항비를획득한바있다. [14] 실제 Gb [9] J. S. Moodera et al., Phys. Rev. Lett. 74, 3273 (1995). [10] T. Miyazaki and N. Tezuka, J. Magn. Magn. Mater. 139, L231 (1995). [11] W. H. Butler et al., Phys. Rev. B. 63, (2001). [12] S. Yuasa et al., Nature Materials 3, 868 (2004). [13] S. S. P. Parkin et al., Nature Materials 3, 862 (2004). [14] Y. M. Lee et al., Appl. Phys. Lett. 90, (2007). 물리학과첨단기술 December

5 그림 6. 자기장스위칭방식의 MRAM 과스핀전달토크스위칭방식의 MRAM 비교. 급고집적 MRAM의실용화를위해서는 100% 이상의자기저항비면재생신호를확보하는데충분한수준이다. 한편, 고집적화의최대걸림돌인기록방식의전환이부각되었다. 1996년 IBM의 Slonczewski [15] 와 Carnegie Mellon 대의 Berger [16] 에의해이론적으로제안하였고, 1999년 Cornell 대의 Buhrman [17] 에의해실험적으로입증된스핀전달토크 (Spin Transfer Torque, STT) 또는전류유도자화반전 (Current Induced Magnetization Switching, CIMS) 이라는새로운물리현상에기초한전류주입형자화방식의연구가최근각광을받고있다. 그림 6은기존의 MRAM 구조와 STT-MRAM 구조의차이를보여주고있다. 그림에서 F는반도체공정으로최소의셀을제작할수있는 Feature Size를말하는데, F 2 가작다는의미는고집적화에유리하다는것을뜻한다. STT 구조에서는자기저항은수십 nm 크기의자기터널접합에서전류주입에따라인접한자성층이평행또는반평행으로정렬함에따라저항이달라지는현상이다. 또한자화방향이전류에영향을준다. 이것은작용, 반작용의원리와유사한것이다. 또한외부에서자기장을발생하는데필요한별도의도선이필요없어 MRAM의아키텍쳐가단순해지므로고집적에유리한구조이다. STT 방식은외부자기장에의해자기터널접합의자화방향을바꾸는방식이아니라직접전류를주입하여스위칭하는방식이므로소자크기가작아질수록요구되는전류밀도가적어져 ( 전력소모감소 ) 고집적화에유리하다는특징이있다 ( 그림 7). STT 자화반전시임계전류밀도 (J c ) 의감소가가장중요한이슈이다. MRAM은하나의자기터널접합셀과하나의트랜지스터로구성이되는데, 향후 90 nm 기술에접근하기위하여, 100 nm 게이트넓이당 100 µa를공급하는금속산화반도체트랜지스터 (CMOS) 에의해작동하기위해서 J c 는 10 6 A/cm 2 보다낮아야한다. 그림 7. 셀의크기감소에따른요구전류량의변화. [3] J c 를낮추기위해서현재많은연구가진행되고있는데포화자화 (M s) 가낮고스핀감쇄상수가작은신재료의개발, 자유층을샌드위치구조로하여스핀축적 (Spin Accumulation) 을증가하는연구및수직자기이방성 (Perpendicular Magnetic Anisotropy) 재료를자유층으로사용하는등의방안이있으나큰자기저항비를동시에확보하는것이충족되어야하므로더많은연구가필요한상황이다. J c 를낮추면서동시에열적안정성을확보하기위하여합성형강자성층구조인 SAF (Synthetic Antiferromagnet) 구조가제안되었다. [18] STT 자화방식의연구에있어서 2006년 Tohoku대의 Ohno는 MgO 를터널배리어로사용한자기터널접합을전자빔패터닝공정을통한미세가공으로 nm 2 크기의셀에서 A/cm 2 의전류를인가하여자화반전에성공을하였고 160% 의자기저항비를획득하였다. [19] 2007년 Grandis의 Huai는 nm 2 크기의셀에서 A/cm 2 의전류밀도와 155% 의자기저항비를보고하였고, 스핀축적의증가를통해 STT 효율을증가시키기위하여, MgO 터널배리어가이중으로있는자기터널접합을고안하여 A/cm 2 라는현재까지발표된가장낮은임계전류밀도를구현한바있다. [20] 임계전류밀도의저감과더불어 [15] J. C. Slonczewski et al., J. Magn. Magn. Mater. 159, L1 (1996). [16] L. Berger, Phys. Rev. B 54, 9353 (1996). [17] E. B. Myers et al., Science 285, 867 (1999). [18] T. Ochiai et al., Appl. Phys. Lett. 86, (2005). [19] J. Hayakawa et al., Jpn. J. Appl. Phys. 45, L1057 (2006). [20] Z. Diao et al., Appl. Phys. Lett. 90, (2007). 32 물리학과첨단기술 December 2007

6 실제 MRAM 구동시걸리는바이어스전압에대한내성 ( 자기저항비의유지 ) 및파괴전압 (Breakdown Voltage) 의증가가동시에구현되어야비로소상용화가가능하다. 일본의경우정부지원으로추진한 NEXT 프로그램에이어 2006년 6월시작한 New Energy and Industrial Technology Development Organization(NEDO) 주관으로 MRAM 개발프로젝트를수행하고있다. AIST, Toshiba, NEC, Fujitsu, Tohoku 대, Osaka 대, Kyoto대, 신기능소자연구개발협회등이참여하고있는이연구과제는 2011년까지매년 6억엔의연구비를투자하고있다. Tohoku 대의 Ohno 교수연구팀은 Hitachi 와의공동연구를통하여 2007년 1월, 2 Mb STT-MRAM 시작품제작에성공하였다. 2006년 Sony에서개발한 8 Kb급 STT-MRAM에비하여진보한것이지만아직메모리특성의통계치를파악할수있을만한수준은아니다. 2007년 8월 IBM은일본 TDK와 STT-MRAM 파트너쉽을체결하였다. TDK는 HDD 헤드분야에서시장점유율이가장높은회사이다. 동사는 2007년 10월 CEATEC Japan 2007에서 4 Mb MRAM을발표한바있다. 2007년 3월중국과학원은물리학부의 Han 교수연구팀이독특한구조를갖는 Nano-Ring 타입의 MRAM 프로토타입을개발했다고발표하였다. 우리나라의삼성전자는 2004년 Intermag 학회에서셀면적을 8F 2 로획기적으로줄일수있는 On-Axis 아키텍쳐를제시한바있다. 그밖에 2006년동학회에서 Digit Line이필요없는저전력스위칭방식인 Local Field 스위칭을이용한 MRAM을발표한바있다. 동사는 STT-MRAM 개발을위해자기터널접합셀패터닝을비롯한공정개발을추진중이다. 하이닉스도 STT-MRAM에대한관심을갖고연구개발을추진중에있다. 한국과학기술원은터널자기접합의자기저항비가온도에따라감소하는현상을 Kondo 효과로설명하였다. [21] 본저자의연구팀은자기터널접합의임계스위칭자기장을감소하기위해지난수년간비정질강자성체를자유층으로이용한자기터널접합의스위칭특성을실험하였다. 신물질인 NiFeSiB를최초로도입한결과스위칭자기장을최대 5배정도줄이는데효과적이었으며, 향후고집적화에유리한물질이다. [22] 또한실제 MRAM이소자로서작동하게될때, 0.4 V 정도의전압이단일셀에인가되는데, 저기저항비가감소하게된다. 이를해결하기위하여 NiFeSiB 비정질층과이중터널배리어구조를도입하여, 인가전압 V 1/2 ( 자기저항이절반으로감소하는전압 ) = 1.1 V 및파괴전압 2.0 V라는우수한결과를획득하였다. [23] 이밖에고려대에서는 STT 이론과미소자기시뮬레이션연구를진행중이며, 한국과학기술원과광주과학기술원에서는자기터널접합제조, 인하대에서는자기터널접합의패터닝실험, 이화여대에서는 MRAM 회로설 계연구를수행중에있다. MRAM 기술은다른메모리기술에비해기본구조와원리가널리알려져있어세계적으로많은회사와연구기관이관심을갖고연구개발을수행중에있다. 기초기술은미국에서발전하였으나, 자성재료에대한축적된인력기반과지식을갖춘일본이최근 MgO 터널배리어와 STT-MRAM 구현에앞서기시작하고있다. 특히일본의 Anelva사는자기터널접합용초고진공스퍼터링장비에서비교우위에서있으며당분간지속될전망이다. STT-MRAM의핵심기술을갖고있는 Grandis 사는지적재산권 (IP) 을주로확보하여대형반도체회사에기술이전을통한사업화를추구하고있다. 일본의 Renesas사와의파트너쉽이그예이다. 일본은최근 Toshiba사를비롯하여 AIST 연구소, Tohoku 대등에서 STT-MRAM 연구개발을선도하고있다. 일본의대학이나연구소가기술을선도할수있는이유는연구비규모가대형화되어고가장비를구축할수있고안정적인연구기반이마련되었기때문이라판단한다. 국내에서도 21세기프런티어사업의일환으로테라급나노소자개발사업단의과제에참여하는삼성종합기술원, KIST를중심으로여러대학의연구자들이참여하여 Gb급 STT-MRAM 기술개발에힘을쏟고있다. 그러나초고진공장비가필요한 MgO 터널배리어의등장과나노패터닝이필수적인 STT 터널접합이등장한이후, 미국, 일본과의경쟁이쉽지않은실정이다. 우리나라는메모리강국인데반해상대적으로차세대 MRAM 분야에서미국, 일본에비해기술과인력면에서열세이다. 그러나산학연이고가장비의공동활용, 역할의분담, 자원의집중화를통해차별화된핵심기술을확보한다면축적된공정기술을바탕으로역전의발판을삼을수있는가능성은충분하다고본다. 결 MRAM은기술적으로해결해야하는문제점들이있지만그고유한장점으로인하여엄청난잠재력을가지고있는메모리임은분명하다. MRAM에관한연구개발은그중요성에비해미국, 일본등의선진국에서도최근에서야실용화단계에진입하여기술을도입할수없는실정이다. 따라서핵심기술의확보는국내의차세대메모리산업의발전을도모할수있을뿐아니라막대한시장을선점할수있어그파급효과는지대할것이다. [21] K. I. Lee et al., Phys. Rev. Lett. 98, (2007). [22] B. S. Chun et al., Appl. Phys. Lett. 87, (2005). [23] Y. S. Kim et al., IEEE Trans. Magn. 42, 2649 (2006). 론 물리학과첨단기술 December

한 fm

한 fm w Journal of the Korean Magnetics Society, Volume 19, Number 1, February 2009 v mjx» w (STT-MRAM)» w ½ ³Á Á Á½ š w œ w œw, p 5-1, 136-713 (2009 1 22, 2009 1 23, 2009 1 28 y )»l w» MRAM(Magnetoresistive