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| 하이브리드 반도체 초격자 구조의 신소재를 이용하여 새로운 작동 원리의 멀티레벨 트랜지스터 소자를 개발한 성명모·이병훈 교수팀 등 국내외 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 4월 30일 게재됐다.(자료제공=광주과기원 이병훈 교수 연구팀) |
한국연구재단(NRF)은 한양대학교 화학과 성명모 교수 연구팀이 미국 텍사스 주립대학교 조경재 교수, 광주과학기술원 이병훈 교수 등과 공동으로 하이브리드 반도체 초격자 구조의 신소재를 이용해 새로운 작동 원리의 멀티레벨 트랜지스터 소자를 개발했다고 15일 밝혔다.
지금까지는 반도체 집적회로의 성능 향상을 위해 단위 소자를 더 작게 만들고 면적 당 소자의 수를 증가시켰지만 이러한 집적화는 필연적으로 전력 소모와 발열이 생겨 성능 향상에 한계가 있다.
기존 이진법 컴퓨터의 한계를 극복할 수 있는 방법으로 상전이 소자, 신경망 컴퓨터, 양자컴퓨터 등을 비롯해 0과 1의 두 가지 입력에서 벗어나 다중 입력을 이용하는 멀티레벨(Multi-level) 컴퓨터가 주목받고 있다.
이 멀티레벨 컴퓨터는 이진법 컴퓨터보다 소자 수가 크게 줄어 전력 소모를 절감하고 연산 효율을 증대시킬 수 있으나 난이도 높은 제조 공정, 한정된 동작 온도 등이 실용화의 걸림돌이 되고 있다.
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 초격자 구조의 반도체 소재로 일반적인 트랜지스터 구조를 유지하는 동시에 멀티레벨 전도도를 구현할 수 있는 멀티레벨 트랜지스터 소자를 개발하는 데 성공했다.
연구과정을 보면 2015년부터 멀티레벨 컴퓨팅에 대해 순차적으로 활성화되는 적층 구조를 이용하는 원리를 제안했으며, 밀도범함수이론(DFT) 계산을 통하여 여러 종류의 2차원 물질 후보군을 선정했다.
이후 제안된 물질군을 이용하여 트랜지스터를 제작하였으며 멀티레벨 전도도가 구현되었는지 전기적 특성을 측정한 뒤 최적의 소재를 선별했다.
이 연구결과에 의하면 2017년 현재의 소재 구조와 동일한 ZnO composite 단일층 기반의 하이브리드 초격자 구조에서 멀티레벨 전도도의 새로운 구현 메커니즘을 제안했고 멀티레벨 전도도를 가지는 트랜지스터를 성공적으로 구현하는데 성공했다.
특히 2차원 산화아연(ZnO)층에 유기물층을 위아래로 적층한 초격자 박막을 사용해 트랜지스터를 제작한 뒤, 산화아연층이 적층된 순서대로 활성화될 때마다 전도도가 차례로 증가하는 멀티레벨 트랜지스터를 구현했다.
성명모 교수는 “멀티레벨 소자가 실용화된다면 초저전력 반도체 및 소재, 장비, 센서, 고성능 로직 반도체 등 반도체를 이용하는 모든 산업에서 획기적인 발전을 가져올 것으로 기대한다”고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행됐고, 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 4월 30일 게재됐다.
