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KAIST 연구팀, 버벅대지 않고 전력 효율 높은 반도체 개발

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KAIST 연구팀, 버벅대지 않고 전력 효율 높은 반도체 개발

2017.01.04 19:00

 

GIB 제공
GIB 제공

※ 1분 요약

1. 동작이 5배 빠르면서도 전력은 5배 적게 소모하는 반도체 소재가 개발됐다.

2. 기존 실리콘 대신에 전기적 특성이 우수한 '탄소나노튜브'를 사용해 3차원 공간에 수직으로 쌓아 올린 것이 핵심.

3. 연구진은 10년 내 기존 반도체를 대체할 것으로 기대하고 있다.

 

컴퓨터나 스마트폰으로 게임을 할 때, 화면이 손가락 속도를 따라지 못하고 ‘버벅’대는 현상을 종종 겪는다. 최첨단 기술로 버무린 기계지만 이럴 때마다 짜증이 이만저만 아니다. 이런 문제를 해결할 수 있는 기술이 개발됐다.

 

KAIST는 최양규 전기 및 전자공학부 교수팀이 최성진 국민대 교수팀과 공동으로 기존 반도체보다 동작 속도가 5배 빠른 신소재 반도체 제조 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

 

연구진은 '탄소나노튜브(CNT)’를 여러 층으로 쌓아 이같은 성과를 올렸다. 탄소나노튜브는 기존 반도체의 주요 소재인 실리콘보다 전기적·열적 특성이 우수해 차세대 반도체 소재로 주목받고 있다. 하지만 밀도가 낮아 상용화 수준으로 성능을 높이기 어렵고 넓은 면적의 기판에서 대량으로 생산하기 힘들었다.

 

연구진이 개발한 8인치 크기 반도체의 실제 모습. - KAIST 제공
연구진이 개발한 8인치 크기 반도체의 실제 모습. - KAIST 제공

탄소나노튜브를 3차원 공간에 수직으로 쌓아올려 문제를 해결했다. 이 과정에 연구진이 과거 개발한 순도 99.9%의 탄소나노튜브가 쓰였다.이 방식으로 1㎛(마이크로미터·1㎛는 100만 분의 1m)의 공간에 탄소나노튜브 600개를 쌓을 수 있다. 30개 정도 증착할 수 있는 기존 2차원 구조보다 20배 이상 효율을 높였다.

 

연구진이 개발한 소자는 50nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m)의 선폭에서도 높은 전류밀도를 보여 효율적 신호 처리가 가능했다. 8인치 기판에 소자를 제작해본 결과 기존 실리콘 반도체에 비해 동작 속도는 5배 빠르면서도 구동에 필요한 전력은 5분의 1 수준으로 나타났다. 

 

현재 반도체 기술은 전자기기의 소형화 추세를 따라가고, 생산 효율을 높이기 위해 회로 선폭을 나노미터 단위로 좁히고 있으나 최근 실리콘 소재 자체의 한계로 기술 발전에 발목이 잡힌 상황이다. 이번 연구로 실리콘의 문제를 해결할 신소재 탄소나노튜브 반도체의 상용화에 한걸음 다가섰다. 10년 안에 실리콘 기반 반도체를 대체할 수 있으리라는 기대다.  
   
연구의 1저자인 이동일 KAIST연구원은 “차세대 탄소나노튜브 반도체의 성능 개선과 더불어 실효성 또한 높아질 것”이라며 “이미 충분히 검증된 기존 반도체 제작 공정을 그대로 사용할 수 있어 추가적인 공정 비용도 발생하지 않는다"고 말했다.
   
이 연구 성과는 나노 분야 권위지인 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 지난해 12월 27일자에 실렸다.

 

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