국내 연구진이 신소재를 활용해 기존보다 소비 전력과 발열을 줄일 수 있는 차세대 반도체 소자를 개발했다.
과학기술정보통신부는 심우영 연세대 신소재공학과 교수 연구팀이 저전력으로 구동 가능한 Ⅲ-V족 원소 기반 반도체의 멤트랜지스터를 개발했다고 28일 밝혔다. 과기정통부 미래소재디스커버리사업과 기초과학연구원(IBS) 프로그램으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제 학술지 ‘네이처머티리얼즈’에 게재됐다.
멤트랜지스터는 반도체 집적회로(IC·칩)를 구성하는 두 주요 소자 멤리스터와 트랜지스터를 합친 것이다. 멤리스터는 전압과 전류의 관계를 기억하는 특성을 가진 메모리 소자다. 트랜지스터는 전기신호를 제어해 데이터를 저장하는 메모리나 논리연산 역할을 한다.
멤트랜지스터는 멤리스터와 트랜지스터를 각각 작동할 때 생기는 문제를 해결할 수 있다. 지금까지는 두 소자가 상호 호환되지 않아 별도로 둘을 연결하는 방식이 활용됐다. 두 소자를 좁은 공간에 집적하다 보니 소자의 밀도가 높아지고 발열 등 문제가 발생했다.
다만 이제껏 개발된 멤트랜지스터는 소비 전력이 높고 만드는 데 필요한 소재인 전이 금속 물질을 구하기 어렵다는 한계가 있었다. 연구팀은 이 한계를 극복하기 위해 전이 금속 대신 알루미늄·갈륨·인듐·질소·인·비소·안티몬과 같은 Ⅲ-V족 원소로 멤트랜지스터를 구현했다. Ⅲ-V족 원소 기반 멤트랜지스터는 ‘반데르발스 갭 내 이온 이동’이라는 특유의 전기 특성을 가져 저전력으로 작동 가능한 것으로도 확인됐다.
연구팀은 Ⅲ-V족 원소로 이뤄진 물질 40개를 멤트랜지스터 소재 후보로 도출한 후 이 중 10종을 실제로 합성해 반도체 특성을 실험했다. 연구팀은 이번 연구를 통해 반도체 산업 분야에서 멤트랜지스터의 활용 가능성을 높였다고 평가했다.
심 교수는 “기존 실리콘 기술과 호환되면서 저전력이 가능한 멤트랜지스터에 대한 수요를 새로운 Ⅲ-V족 멤트랜지스터로 충족 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.
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