▣ 후지츠연구소는 차세대 비휘발성 메모리의 하나로 기대를 모으고 있는 스핀주입형 MRAM(magneto-resistance random access memory)에 대해, MTJ(magnetic tunnel junction) 소자의 자성체의 순서를 종전과 반대로 하는 방법으로 종래에 비해 60%의 소형화와 고집적화가 가능한 메모리 셀 회로를 개발했다고 밝혔다.

현재 휴대전화 등에서 사용되고 있는 플래시메모리 내장 마이크로컨트롤러인 NOR형 플래시 마이크로컨트롤러는 미세화의 한계에 직면하고 있어, 이에 대한 대체 소자로서 MRAM이 주목을 모으고 있다. 이번 기술 개발에 의해 NOR형 플래시 마이크로컨트롤러보다 소형이면서 고속으로 어플리케이션 구동이 가능한 고성능 스핀주입 방식 MRAM 내장 마이크로컨트롤러 실용화가 기대된다.


휴대전화 등의 많은 전자기기에서는 소프트웨어의 재기록이 가능하다는 점에 플래시메모리가 내장된 마이크로컨트롤러가 이용되고 있다. 그러나 플래시메모리 내장 마이크로컨트롤러에 주로 사용되고 있는 NOR형 플래시 마이크로컨트롤러는 가까운 시일 안에 미세화의 한계에 도달할 것으로 예상되고 있으며 이를 대체할 차세대 메모리 소자에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중에서도 주목을 모으고 있는 것이 스핀주입형 MRAM이다. 스핀주입형 MRAM은 자성재료에 전류를 흘림으로써 자화의 방향이 반전하는 현상을 이용한 기억소자이다. 전류를 흘릴 때 자성재료의 자화의 방향이 평행이 되거나 반평행이 되는 것에 따라 소자가 저저항과 고저항이 되는 현상을 디지털 정보의 0과 1에 대응시킴으로써 비휘발성 자기 메모리로 이용이 가능하다. 스핀주입형 MRAM은 미세화에 적합할 뿐만 아니라, 고속성과 저소비전력특성이 우수하여 NOR형 플래시메모리의 후발주자로서 기대를 모으고 있다.


스핀주입형 MRAM에 사용되는 MTJ 소자는 미세화가 가능한 데 비해, 이에 부수적으로 사용되는 선택용 트랜지스터의 소형화가 과제로 지적되어 왔다. 스핀주입형 MRAM의 메모리 셀 회로는 어떤 MTJ 소자에 기록을 수행할 지를 결정하는 스위치의 역할을 하는 셀 선택 트랜지스터와 MTJ 소자를 접속한 회로이다. 종래의 메모리 셀 회로에서는 스핀주입형 MRAM의 MTJ 소자의 경우, 고저항의 쓰기 동작에서는 가변저항에 의해 전압이 저하하고, 가변저항의 영향을 받지 않는 저저항의 쓰기 동작보다 큰 기록전류가 필요하다. 즉, 셀 선택 트랜지스터의 전류구동능력이 낮은 쪽에서 큰 전류를 필요로 하는 고저항의 기록동작을 수행해야 할 필요가 있었다. 따라서 전류구동능력이 낮은 경우에도 큰 기록전류를 확보하기 위해서는 셀 선택 트랜지스터의 크기를 크게 해야 하기 때문에 소형화의 걸림돌이 되어 왔다.


이번 연구에서는 MTJ 소자의 자성체의 순서를 바꾸어 종래와는 다른 핀층, 절연층, 프리층으로 구성되는 탑핀 구조의 MTJ 소자를 개발하였다. 그러나 탑핀 구조의 MTJ 소자의 절연층과 하부전극의 거리가 가까워지기 때문에 가공시에 쇼트 불량이 발생하기 쉬워진다. 이 문제에 대한 대책으로 버퍼층을 삽입하여 절연층과 하부전극의 거리를 떨어뜨렸다. 이에 따라 셀 선택 트랜지스터의 구동능력이 낮은 방향과 저저항의 쓰기 동작을 위한 출력 방향이 동일해 지기 때문에 보다 작은 크기의 셀 선택 트랜지스터에서도 기능이 가능하다.


이번에 개발한 기술에 의해 메모리 셀 회로의 면적을 종래에 비해 60% 정도로 소형화 할 수 있다. 또한 스핀주입형 MRAM의 집적도를 높일 수 있어 실용화를 위한 중요한 기술 과제 한 가지를 해결할 수 있는 방법을 제공한 셈이다. 연구팀은 앞으로 스핀주입형 MTJ 소자의 미세가공 기술을 개발하는 등, 스핀주입형 MRAM의 실용화를 위한 연구개발을 지속적으로 수행해 나갈 계획이다.

(그림1) 스핀주입형 MRAM의 원리

(그림2) 종래의 메모리 셀 회로의 개념

(그림3) 탑핀 구조를 이용한 메모리 셀 회로의 원리


URL : http://pr.fujitsu.com/jp/news/2010/06/17-2.html

<출처>NDSL, 2010-06-19

Posted by TopARA

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