해외기술동향-대자기저항(GMR)기술

금속이 가지는 자기저항(MR:magneto resistance)의 성질을 이용해서 센서 및디스크 드라이브, 메모리칩 등 각종 전자제품 분야에 응용하는 대자기저항 GMR giant magneto resistance)에 대한 연구가 활기를 띠고 있다.

GMR는프랑스 파리 대학의 물리학자인 앨버트 퍼트교수가 발견해낸 현상이나 최근에는 전자제품의 성능을 향상시킬 수 있는 기술로 연구가 진행되고 있다. GMR의 성질을 이용하면 감도가 훨씬 높은 센서나 정보 저장량이 월등히 많은 디스크 드라이브, 그리고 전원이 공급되지 않을 경우에도 정보를 기억 하는 메모리칩등 기존 제품에 비해 성능이 뛰어난 제품을 개발할 수 있는 것으로 알려졌으며 실제 실험실 차원이 아닌 상용화된 제품이 등장, 이에대한 관심이 더욱 높아지고 있다.

GMR이론의창시자인 앨버트 퍼트교수는 1856년 영국의 물리학자인 윌리엄 톰 슨 캘빈경이 발견해낸 MR이론으로부터 출발했다.

MR이론은많은 수의 금속들은 자장에 노출됐을 때 전기저항이 약간 변화된다 는 것. 예를들어 금속을 자장에 노출시키면 금속의 원자가 "기울어지며(til ted)" 이는 정상적인 원자에 비해 전기저항이 커진다는 것이다. 결과적으로 금속을 자장에 노출시키면 저항이 커진다는 것이 MR이론의 개념이다.

퍼트교수는지난 88년 금속막을 매우 얇은 층으로 만들면 자기저항의 효과를 10배가량 증폭시킬 수 있다는 사실을 발견해내고 이를 GMR라고 이름 붙였다.

퍼트교수는MR이론에 덧붙여 전자에는 "위로" 움직이는 것과 "아래로" 움직이는 두가지 성질이 존재한다는 사실을 이용해 금속막들을 층으로 연결, 저항의 크기를 조절해내는 데 성공했다. 퍼트교수는 저항을 변화시키기 위해 서로 다른 성질의 금속판을 붙여 마치 샌드위치 모양으로 만들었다. 그리고는 금속판에 외부적인 자장을 가하는 것이다.

예를들어자성을 가지지 않는 동판을 사이에 두고 위 아래로 철-니켈의 합금 판을 붙여 실험을 했을 경우 동판을 사이에 둔 철-니켈 합금판은 자연적으로 서로 반대방향의 자성이 생기게 된다. 이는 막대자석의 양끝이 서로 다른 극을 가지는 것과 같은 이치다.

이처럼샌드위치 모양의 금속판으로 전류를 통과시키면 "위로" 움직이는 전자와 "아래로" 움직이는 전자는 모두 저항에 부딪치게 된다.

그러나여기에 외부적인 자장이 주어지면 상당히 다른 현상이 나타나게 된다. 즉 금속판에 자장을 노출시키면 동판을 사이에 둔 철-니켈 합금판 (자성이 있는 금속판)이 서로 같은 방향으로 자성을 띠게 된다. 결국 저항이 상당부 분 작아진다는 것을 의미한다.

GMR는MR이론을 한 단계 발전시킨 물리학적인 현상에 불과하지만 기술분야에 적용시키면 커다란 영향을 미칠 것으로 기대되고 있다.

미휴렛팩커드(HP)사에서 기록 헤드기술을 연구하고 있는 제임스 브룩은 "G MR의 응용 분야는 상당히 광범위하며 제품화 열기도 한층 높아지고 있다" 고밝히고 있다.

브룩의말처럼 GMR기술이 더욱 관심을 끄는 것은 GMR가 개발된 지는 6년여밖 에 되지 않았지만 벌써부터 이를 응용한 제품들이 폭넓게 개발되고 있으며실제 시장에 등장하고 있기 때문이다.

프랑스톰슨사의 연구소에서는 자동차에 부착되는 GMR센서를 연구하고 있다.

GMR센서는브레이크 제어나 엔진의 효율적인 관리에 도움을 줄 것으로 기대 되며 자동차의 연비향상에도 효과가 있을 것으로 보인다.

현재자동차에는자동차 휠이나 크랭크샤프트의 마그네틱 부분의 움직임을 감지해주는 유도 코일센서를 이용하고 있다. 그러나 유도 코일 센서는 크기가 너무 크고 낮은 속도에서는 제대로 작동되지 않는 단점을 가지고 있는 반면GMR센서는 유도 코일 센서가 가진 단점을 모두 해결해 줄 수 있는 대안으로 기대를 모으고 있다.

또한 IBM을 비롯한 디스크 드라이브업체들은 GMR기술을 응용한 시제품 개발 에 적극적으로 나서고 있다. GMR디스크 드라이브는 기존제품에 비해 정보 저장량을 17배 정도 증가시킬 것으로 예상되기 때문.

특히IBM은 GMR이전에도 MR 기술을 응용, 디스크 드라이브를 개발하는 데 주력해왔다. IBM이 개발, 이미 시장에 나와 있는 보통 MR 드라이브는 1제곱인 치당 5백64메가비트의 정보를 담을수 있다.

그러나최근 몇 년간 IBM이 연구, 시제품 개발에 성공한 GMR 헤드는 1제곱인 치당 10 기가비트를 처리할수 있다. 이는 하드 디스크의 다양한 응용 분야를열어 놓고 있다. 예컨대 제곱인치당 10기가비트의 정보처리량이면 디스크 드라이브에 영화를 저장할 수도 있는 것이다.

GMR기술은또 컴퓨터에 사용되는 메모리칩 분야에도 활용도가 높다. IBM과 하니웰사에서 근무한 제임스 M 더턴은 지난 89년 논볼래타일 일렉 트로닉스( NVE)사를 설립, 주로 GMR기술을 응용한 제품 개발에 나서고 있다.

NVE가심혈을 기울여 개발하고 있는 부분은 D램과 같이 조그마한 칩에 정보 를 저장하는 마그네틱 램 제품. 이는 D 램과 달리 전원이 차단된 상태에서도 정보를 기억할 수 있는 기능을 가지고 있으며 플래시 메모리 칩보다 수명이 긴 것이 장점이다.이처럼 광범위한 응용분야를 가지고 있는 GMR 기술에 대한 인식을 바탕으로 세계의 첨단산업을 주도하는 미국 일본 유럽 등지에서는 이에 대한 연구를 활발하게 진척시키고 있다.

미국에서는IBM과 고집적 디스크 개발에 참여하고 있는 국가차원의 컨소시엄 을 중심으로 디스크 드라이브 분야에 GMR 기술을 응용하기 위한 연구가 진행 되고 있다.

또한GMR기술이 개발된 본고장인 유럽에서도 독일의 지멘스, 프랑스의 톰슨 네덜란드의 필립스전자등 전자업체들과 대학.연구 기관들을 중심으로 컨소 시엄이 구성돼 GMR소재에 대한 연구개발과 응용분야 개척에 힘을 쏟고 있다.

GMR는디스크 드라이브나 메모리칩 이외에도 자동차나 군사시스팀, 디지틀카 세트등 응용범위가 날로 확대되고 있다.

일본에서도 히타치제작소는 30명으로 구성된 GMR연구팀을 구성, 이 분야 연구개발에 몰두하고 있다.