차세대 초저전력 실리콘 기반 트랜지스터 개발

송고 2017.01.31 00:01 | 수정 2017.01.30 23:27
손병문 기자 (moon@ebn.co.kr)

포스텍 백창기·윤준식·김기현 박사 공동 연구

'코어-셸 나노선 구조' 및 '터널링 방식 동작'

차세대 초저전력 실리콘 기반 트랜지스터 개요 [제공=포스텍]

차세대 초저전력 트랜지스터가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

전류나 전압흐름의 조절·증폭·스위치 역할을 하는 트랜지스터는 전자기기 성능을 좌우하는 스마트폰의 AP나 노트북의 CPU 등에 들어가는 핵심 소자다.

31일 POSTECH(포항공과대학)에 따르면 창의IT융합공학과 백창기 교수, 미래IT융합연구원 윤준식 박사, 김기현 박사 연구팀은 기존 학계에서 발표된 실리콘 나노선 터널링 트랜지스터보다 대기전력을 줄이면서 3배 이상 빠른 속도를 자랑하는 '코어-셸 수직 실리콘 나노선 터널링 트랜지스터'를 개발했다.

이 기술은 기존 반도체 설비를 이용할 수 있어 제작 단가를 낮추고 대량 생산도 가능하다. '네이처' 자매지인 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)'지에 발표됐다.

터널링 트랜지스터는 기존 트랜지스터 동작과 달리 얇은 에너지 장벽을 통과하는 터널링 방식으로 동작하기 때문에 전력 소모를 줄일 수 있다. 하지만 전자 통과를 방해하는 높은 에너지 장벽과 제한된 터널링 면적으로 인해 성능을 높이기 어려운 단점이 지적돼 왔다.

이를 해결하기 위해 포스텍 연구팀은 실리콘 터널링 트랜지스터 기반의 단순한 수직 나노선 대신 코어-셸 구조를 도입했다. 이를 통해 에너지 장벽을 효과적으로 제어하고 터널링 면적을 넓혀 휴대용 전자기기의 대기전력을 줄이면서 성능을 향상시킨 사실을 입증했다.

연구팀 관계자는 "차세대 저전력 고성능 로직소자 기술을 개발했다는데 의미가 있다"면서 "국내 실리콘 반도체 공정 기술인 탑다운(Top-down) 방식을 그대로 적용할 수 있어 제작 단가를 낮추면서 대량생산이 가능하다"고 설명했다.

또한 연구팀은 실리콘 소재 기반의 신기술개발과 산업화를 목표로 추가 연구를 추진한다.

코어-셸 나노선 터널링 트랜지스터를 포함해 에너지 변환 신기술인 나노선 태양전지(Solar cell) 및 열전소자(Thermoelectric device), 바이오 센서(Bio-sensor) 및 나노선 광소자(Photo-detector), 나노선 레이저(laser diode) 등 실리콘 나노선과 어레이 기술을 중심으로 다수의 원천특허를 확보할 계획이다.

연구를 주도한 백창기 교수는 "실리콘 나노 원천 기술이 국가경쟁력을 제고하는데 기여할 것"이라며 "기존 반도체 분야 뿐 아니라 신에너지, 미래자동차, 의료·환경용 센서 등 다양한 신산업에 접목시킬 것"이라고 말했다.

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