초록 ▼

□ 연구개요
기존 스핀 메모리 소자에서 정보기록은 강자성층에 별도의 스핀 공급 채널을 통해 스핀 전류를 주입함으로써 자화 상태를 제어하는 방식으로 이루어져왔다. 대표적인 스핀 공급 채널로, 스핀전달토크 방식이 최근 상용화되었으나 SRAM에 비해 동작 속도가 느리며, 정보를 읽고 쓰는 과정상에 동일한 전류 경로를 사용해 안정적인 정보제어가 어려운 문제가 있다. 그래서 최근 스핀-궤도 토크를 이용한 방식이 주목받고 있다. 이는 기존 방식에 비해 10배 이상 동작 속도가 빠를 뿐 아니라, 높은 정보 안정성을 제공하지만 이를 구현하기

□ 연구개요
기존 스핀 메모리 소자에서 정보기록은 강자성층에 별도의 스핀 공급 채널을 통해 스핀 전류를 주입함으로써 자화 상태를 제어하는 방식으로 이루어져왔다. 대표적인 스핀 공급 채널로, 스핀전달토크 방식이 최근 상용화되었으나 SRAM에 비해 동작 속도가 느리며, 정보를 읽고 쓰는 과정상에 동일한 전류 경로를 사용해 안정적인 정보제어가 어려운 문제가 있다. 그래서 최근 스핀-궤도 토크를 이용한 방식이 주목받고 있다. 이는 기존 방식에 비해 10배 이상 동작 속도가 빠를 뿐 아니라, 높은 정보 안정성을 제공하지만 이를 구현하기 위해 사용되는 중금속/강자성 이중층의 경우, 계면에서 발생되는 복잡한 물리 현상, 까다로운 소재 구성, 계면 제어의 어려움 등으로 인한 소자 최적화 문제가 대두되고 있다.
본 과제에서는 상기 문제 해결을 위해 외부 스핀 공급 채널이 아닌 강자성층 자체의 스핀궤도결합에 의해 형성되는 자가생성 스핀 전류를 이용한 새로운 패러다임의 스핀 메모리 소자의 가능성을 이론적으로 제시하고 실험적으로 구현하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
● 1차년도 목표
- 자가생성 스핀 전류의 확산 방정식 개발 (달성)
- 자가생성 스핀 토크 측정 (달성)
● 2차년도 목표
- 면내 전류에 의한 수직 전류 형성 효율 계산 이론 개발 (달성)
- 자가생성 스핀 전류의 최적화를 통해 유효 전하-스핀 변환 비율 0.1 이상 구현 (구현값: 0.13)
● 3차년도 및 최종 목표
- 수직 스핀 전류 형성 효율이 수평 형성 효율보다 높은 이론적 조건 탐색 (달성)
- 자가생성 스핀 전류를 통한 자화 스위칭 구현 (달성)
- 최종 목표: 필요 스위칭 전류 밀도 10¹² A/m² 이하 (구현값: 8.3×10¹¹ A/m²)
● 전체 목표 달성도: 100%

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
● 학술/기술적 중요성
- 기술적으로 기존 메모리 구동 방식의 한계를 극복한 새로운 패러다임의 스핀 토크 원천 기술을 확보함으로써 차세대 스핀트로닉스 메모리 소자의 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대.
- 강자성체 내에 발현되는 새로운 물리 이론을 정립하고 이를 세계 최초로 실험적으로 구현함으로써, 과제에 참여하는 신진연구자들이 관련 분야에서 세계적인 연구 주역으로 성장하는 발판이 될 것으로 기대.
● 사회/경제적 중요성
- 느린 동작 속도로 인해 현재 제한된 범위에서 사용되고 있는 스핀 메모리 소자의 활용도를 크게 넓힘으로써, 차후 기존의 e플래시 메모리뿐 아니라 DRAM 및 SRAM 등을 대체하는 기술로 발전이 가능할 수 있을 것으로 기대.
- 거대 자기생성 스핀 전류를 통해 외부로 스핀 정보 손실 없이 고에너지효율의 스핀 제어를 가능케함으로써 환경친화적인 메모리 소자로 활용될 수 있음.
- 치열한 국제적 경쟁에 돌입한 차세대 반도체 시장에 있어 새로운 방식의 스핀 제어 원천 핵심 기술을 조기에 확보함으로써 메모리/비메모리 분야 국가 경쟁력을 공고히 할 수 있을 것으로 기대.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 목적 ... 4
• 2) 연구개발의 필요성 ... 4
• 3) 연구 가설 및 도출 근거 ... 4
• 4) 연구 개발 목표 ... 4
• 5) 연구 개발 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 1차년도 ... 6
• 2) 2차년도 ... 6
• 3) 3차년도 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 8
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 8
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 19
• 끝페이지 ... 29