서로 다른 반도체 붙일 필요 없다… 숙명여대, 차세대 저전력 반도체 핵심 기술 개발
[파이낸셜뉴스] 숙명여자대학교는 응용물리학과 주민규·고창현 교수팀이 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)와 공동으로 서로 다른 반도체를 복잡하게 이어 붙이지 않고, 한 종류의 얇은 반도체 소재만으로 차세대 저전력 반도체의 핵심 현상을 구현하는 데 성공했다고 12일 밝혔다.
이번 성과는 제조 공정을 크게 단순화하면서도 전력 효율을 높여, 향후 전기를 적게 쓰는 차세대 전자소자 상용화를 앞당길 기술로 평가받는다.
연구팀이 구현한 핵심 기술은 '음의 미분 저항'이다. 보통 전자기기는 전압을 높이면 전류도 함께 늘어나지만, 이 현상을 이용하면 특정 구간에서 전압을 높여도 전류가 오히려 줄어든다. 이 특성을 활용하면 반도체 소자 하나가 '0'과 '1' 두 가지 신호만 처리하던 기존 방식에서 벗어나 여러 단계의 신호를 동시에 처리할 수 있어 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있다.
지금까지는 이 현상을 만들기 위해 성질이 다른 여러 반도체를 층층이 쌓아 붙이는 방식을 주로 썼다. 하지만 서로 다른 물질이 맞닿는 경계면을 정밀하게 다루기 어렵고 제조 과정이 복잡해지는 단점이 있었다.
연구팀은 여러 반도체를 붙이는 대신 '다층 텅스텐 디셀레나이드'라는 단일 반도체 하나만 사용했다. 이 소재 내부에 이전에 가해졌던 전기 자극(전압)의 흔적이 일정 시간 남아있는 성질을 이용한 것이다. 반대 방향의 전압을 미리 걸어준 뒤 전압을 바꾸면, 소재 내부의 전하들이 자리를 옮기면서 자연스럽게 전류가 줄어드는 현상이 나타난다는 사실을 확인했다.
여기에 반도체 표면을 특수 보호막(PMMA)으로 감싸 전기적 안정성을 높인 결과, 상온에서도 기존 연구들을 크게 뛰어넘는 전류 효율(피크-밸리 전류비 최대 42.9)을 달성하는 데 성공했다.
주민규 교수는 "서로 다른 반도체 물질을 접합하지 않고도 단일 반도체 내부의 전하 상태를 전기적으로 조절해 높은 성능을 낼 수 있음을 보여준 결과"라며, "앞으로 소자 구조를 최적화하면 저전력 정보처리를 위한 차세대 전자소자로 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.
한편, 응용물리학과 심은지 학생이 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 나노과학 분야 국제학술지 'ACS 나노(ACS Nano)'에 게재 승인됐다.
[email protected] 김만기 기자
