울산대 김상훈 교수팀, 차세대 인공지능 메모리용 양자소재 대면적 공정 기술 개발

울산대학교(총장 오연천)는 신소재·반도체융합학부 김상훈 교수 연구팀이 차세대 인공지능(AI) 메모리의 핵심 기술인 ‘양자소재 기반 스핀트로닉 메모리’ 상용화를 앞당길 대면적 공정 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

이번 연구결과는 화학 분야 세계적 권위지 ACS Nano 최신호에 게재됐다.

연구팀이 다룬 소재 ‘Mn3Sn(망간-주석 합금)’은 전자의 움직임뿐 아니라 스핀(전자 자기 방향)을 이용해 정보를 저장하는 차세대 메모리 후보 소재다. 스핀트로닉스라 불리는 이 기술은 전기를 거의 쓰지 않고도 정보 변환이 가능해, AI 데이터 처리 속도를 높이고 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있어 주목받고 있다.

하지만 이 소재는 매우 섬세한 구조를 가지고 있어, 그동안은 MBE(분자선 에피택시)라는 고가·저속 연구용 장비로만 고품질 박막 제작이 가능했다. 산업용 공정인 스퍼터링 방식에서는 결정이 한쪽으로 틀어지거나 계면이 매끄럽지 않아 스핀 상태를 완전히 제어하기 어려운 것이 한계였다.

김상훈 교수팀은 이를 해결하기 위해 망간 함량을 세밀히 조절하는 공정(co-sputtering)을 도입했다. 이 방식으로 소재 내부의 결함을 최소화하고, 금속층과 소재가 만나는 경계면을 원자 단위로 평탄하게 만들었다. 그 결과 산업용 공정에서도 실험실 최고 수준의 품질을 구현하며, 전자 스핀 배열을 100% 정확히 바꿀 수 있는 데 성공했다.

김 교수는 “이번 연구는 스핀을 이용한 차세대 메모리를 실제 산업 공정에서도 만들 수 있다는 가능성을 입증했다”며 “AI 반도체의 전력 소모를 크게 줄일 기술로 이어질 것”이라고 말했다.

이번 연구는 울산대 김상훈 교수와 웬 탄 흐엉 박사가 교신저자로 참여했으며, 울산대 이시하·임은지 박사과정 학생과 성균관대 임수빈 학생이 공동 제1저자로 기여했다. 연구는 한국연구재단 우수신진연구자 지원사업과 삼성전자 미래기술육성센터 등의 지원으로 수행됐다.

이남주 기자