한양대 연구팀, 전력소모↓ 효율↑초고속 반도체 소자 개발

'몰리브데늄 다이텔루라이드' 이용해 높은 안정성…상용화 가능 기대

[서울=뉴시스] 기존 반도체 소자 한계 극복한 저전력·초고속 반도체 소자 (사진=한양대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]김광주 인턴 기자 = 인공지능(AI), 폴더블 폰과 웨어러블 전자제품이 인기를 끌면서 최근 반도체 업계에서 전력 소모가 낮고 효율이 높으며 유연성이 높은 새로운 반도체 소자 개발에 이목이 집중되는 상황이다. 이러한 가운데 한양대학교 연구팀이 22일 "기존의 한계를 극복한 저전력·초고속 반도체 소자를 개발했다"고 밝혀 눈길을 끈다.

그간 전자제품에 사용된 반도체 소자는 공정 비용이 저렴하고 구하기 쉬운 '금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)'인데, 방대한 양의 데이터를 처리하기에는 전력 소모가 크고 발열 문제가 있다는 단점이 있다. 게다가 실리콘으로 제작하기 때문에 유연성이 낮아 폴더블 폰과 웨어러블 장비에 적용하기 어려웠다.

이에 한양대 물리학과 정문석 교수 공동연구팀은 2차원 단일소재인 몰리브데늄 다이텔루라이드(MoTe2)를 이용해 기존 실리콘 반도체 대비 전력 소모가 낮고 효율이 높은 스위칭 소자 스위칭 소자를 개발했다. MoTe2와 같은 2차원 소재는 반도체 특성을 가지며 높은 유연성과 투명성이라는 물리적 특성 덕분에 향후 다양한 분야에 사용할 수 있다는 평가를 받는다.
 
정문석 교수팀은 MoTe2를 사용해 상온에서 대기전력과 작동전력을 향상시켰다. 또한 낮을수록 높은 에너지 효율을 나타내는 전압의 증가분으로 알려진 '문턱전압 이하 기울기'를  약 절반으로 감소시켜 초저전력의 '터널링 전계효과 트랜지스터(TFET)' 개발에 성공한 것이다.

해당 트랜지스터는 "고분자 중합체 캡슐화 구조설계를 통해 안정성이 높고 단일접합 기반의 소자 구조로 비교적 간단한 공정으로 설계 가능하다며 초고속 구동이 가능해 기존 트랜지스터를 완벽히 대체 가능한 소자가 될 것이라고 예상된다"고 한양대는 설명했다.

이번 연구는 기존 TFET 시장의 판도를 이끌 수 있는 새로운 구조를 발표했다는 점에서 높은 가치가 있다고 한양대는 평가했다. 공정이 복잡하고 안전성이 우려스러워 자동화 공정이 어려웠던 다른 TFET 개발 발표와는 달리, 정 교수팀이 개발한 트랜지스터는 '상용화 가능성'이 높다는 평가가 나온다.
 
연구팀을 이끈 정문석 교수는 "최근 집적회로 개발은 나노공정 기술개발 또는 3차원 수직 구조 등 집적효율 측면에서 이뤄졌으며, 데이터 믹스와 전략적 아키텍처 구성 등 전력 사용을 최소화하는 방향으로 문제를 해결하고자 했을 뿐 본질적인 문제는 여전히 해결되지 않았다"며 "이제 더 나아가기 위해서는 혁신적인 기술이 필요한 시점이며, 이번 연구는 이를 위한 하나의 돌파구가 될 것"이라고 말했다.

이번 연구는 'Gate-controlled MoTe2 homojunction for sub-thermionic subthreshold swing tunnel field-effect transistor'라는 논문명으로 베트남 페니카 대학교(Phenikaa Univ.)의 Ngoc Thanh Duong 교수와 공동연구로 진행됐다. 논문은 나노 분야 세계적 학술지 '나노 투데이(Nano Today)'의 10월호에 게재됐다.  

[서울=뉴시스] 정문석 교수(사진=한양대 제공) *재판매 및 DB 금지

◎공감언론 뉴시스 [email protected]