삼성전자 지원 반도체·2차전지 연구과제, 잇단 세계적 학술지 게재

[아이뉴스24 윤선훈 기자] 삼성전자는 '삼성미래기술육성사업' 지원을 받은 차세대 반도체, 2차 전지 등 미래 부품 소재 연구 과제가 세계적인 학술지에 잇따라 게재되고 있다고 24일 밝혔다.

우선 이경진 고려대 신소재공학부 교수 연구팀이 국제공동연구(테루오 오노 교토대 교수, 김세권 미주리대 교수, 김갑진 카이스트 교수 등)를 통해 새로운 자성소재를 적용해 MDW(Magnetic Domain Wall)-MRAM(M램)의 소비전력을 95% 이상 절감시킬 수 있는 원천기술을 세계 최초로 개발했다.

또 윤원섭 성균관대 교수와 강용묵 고려대 교수의 공동연구팀은 2차전지 충전용량의 한계를 극복할 수 있는 기술 개발에 성공했다.

두 연구팀의 연구결과는 각각 지난 18일 세계적인 학술지 '네이처 일렉트로닉스'와 2일 '네이처 커뮤니케이션즈'에 발표됐다.

이경진 교수 연구팀의 발표는 기존 MDW-MRAM 대비 소비전력을 크게 줄일 수 있는 원천기술을 개발했다는 점이 골자다. MDW-MRAM은 기존 D램이 전원이 꺼지면 데이터가 휘발된다는 단점이 있어 이를 극복하기 위해 개발된 제품인데, 자성 소재에 스핀을 주입해 구동하는 방식으로 초고속 처리가 가능하면서도 전력 공급 없이도 데이터를 장기간 저장 가능하다.

문제는 MDW-MRAM이 고밀도 데이터 저장을 하기 위해 필요한 구동 전류가 너무 높다는 점이었다. 이경진 교수 연구팀은 MDW-MRAM에 기존에 사용돼 왔던 강자성(Ferromagnets) 소재를 새로운 페리자성(Ferrimagnets) 소재로 변경했다.

이를 통해 스핀 전달 효율이 20배 정도로 커져 구동 전류 효율이 20배 이상 개선됨을 확인했고, 소비전력을 기존 대비 95% 이상 절감할 수 있는 돌파구를 제시했다. 앞서 삼성전자는 이번 연구를 2017년 12월 삼성미래기술육성사업 지원과제로 선정한 바 있다.

윤원섭·강용묵 교수 공동연구팀의 발표는 2차전지에 사용되는 양극 소재를 획기적으로 바꾸는 방안을 제시했다는 점이 핵심이다.

2차전지의 사용 기한은 양극소재의 성능에 의존하는데, 현재 사용되는 양극소재는 전지 충·방전 과정에서 일정량 이상의 양이온이 움직이게 되면 중간구조가 무너져 회복되지 않는 성질이 있다. 전기를 운반하는 양이온층과 금속산화물이 교대로 적층된 형태가 무너지는 것. 이로 인해 충전용량을 100% 사용할 수 없다는 문제점이 있다.

연구팀은 망간계 산화물인 버네사이트(Birnessite)를 이용하면 층과 층 사이에 존재하는 결정수(crystal water)의 양과 위치에 따라 층간 구조적 특징을 제어할 수 있다는 점에 착안했다. 이를 통해 충방전 과정에서 발생하는 구조 변화를 가역적으로 만들어 충전용량을 100% 활용할 수 있는 가능성을 보여줬다. 삼성전자는 이번 연구를 2017년 6월 삼성미래기술육성사업 연구지원 과제로 선정하고 지원해 왔다.

한편, 삼성미래기술육성사업은 국가 미래 과학기술 연구 지원을 위해 2013년부터 10년간 1조5천억원을 지원하고 있으며, 지금까지 534개 과제에 6천852억원을 집행했다.