10월 과학기술인상, 자성메모리 원천 기술 개발한 KAIST 박병국 교수 선정

차세대 반도체 핵심 '고효율 스핀전류 생성 소재' 개발 공로

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 '이달의 과학기술인상' 10월 수상자로 KAIST 신소재공학과 박병국 교수를 선정했다고 9일 밝혔다.

박병국 교수는 차세대 자성메모리(MRAM) 구동의 핵심인 '스핀전류'^*를 효율적으로 생성하고, 스핀분극을 자유롭게 제어하는 소재를 개발해 국내 반도체산업의 경쟁력을 향상시킨 공로로 수상자로 선정됐다.
 

박병국 KAIST 교수.[사진=KAIST 제공]

스핀 전류란 전하의 흐름을 말하는 일반 전류와 달리 스핀 전류는 전자의 스핀이 이동하는 현상이다. 전하의 실제적인 이동이 없어도 나타날 수 있어 주울열(Joule heating)로 인한 전력손실로부터 자유로운 특징이 있다.

박 교수는 스핀트로닉스 기술을 바탕으로 저전력, 초고속, 고집적 반도체 소자 개발의 초석을 다졌다. 스핀트로닉스란 전자의 고유 성질인 스핀을 디지털 신호로 활용하는 전자공학 분야다. 실리콘을 이용한 기존 기억 소자보다 훨씬 많은 데이터를 고속으로 처리할 수 있을 것으로 기대받고 있다.

자성메모리는 외부 전원 공급이 없는 상태에서 정보를 유지할 수 있고 집적도가 높으며 고속 동작이 가능해 차세대 반도체로 주목받고 있다. 자성메모리의 동작은 스핀전류를 자성소재에 주입하여 발생하는 스핀토크로 이루어지기 때문에 스핀전류의 생성 효율이 자성메모리의 성능을 결정하는 핵심기술이다.

박 교수는 기존 연구자들이 스핀 전류 생성을 위해 스핀궤도결합이 강한 백금, 텅스텐과 같은 중금속 재료를 사용한 것과 달리 스핀궤도결합이 비교적 작다고 알려진 값싼 강자성과 전이금속의 이중층 구조에서 해답을 찾았다.

연구팀은 강자성체인 코발트-철-붕소 합금(CoFeB) 또는 니켈-철 합금(NiFe)과 전이 금속인 티타늄(Ti) 이중층 구조를 제작하여 스핀궤도토크를 측정했다. 실험결과 강자성·전이금속 계면에서 스핀 전류가 효과적으로 생성되었고, 생성된 스핀 전류의 스핀 분극 방향을 임의로 제어할 수 있었다. 일련의 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 머티리얼즈' 2018년 6월호에 게재됐다.

박 교수는 "스핀 전류를 효율적으로 생성하고 스핀 방향을 임의로 제어할 수 있는 소재 기술은 차세대 비휘발성 자성메모리 동작 기술로 활용 가능하며, 연산과 기억을 동시에 수행하는 미래 컴퓨팅 핵심소자로 응용할 수 있다"며 "앞으로도 미래 반도체 기술을 선도할 스핀기반 신소재 개발에 주력하겠다"고 수상 소감을 밝혔다.

이달의 과학기술인상은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1000만원을 수여하는 행사다.