[에듀플러스]성균관대-GIST 공동연구팀, 전류 변화 제어하는 새로운 트랜지스터 동작 원리 발견

(왼쪽 위부터) 성균관대 박지상 교수, 강보석 교수, GIST 김현호 교수, 박효광 연구원, 메흐무드 칼리드 연구원(사진=성균관대)

성균관대학교는 강보석 교수·박지상 교수 나노과학기술원(SAINT) 연구팀이 김현호 교수 광주과학기술원(GIST) 연구팀과의 공동연구를 통해, 전압이 변하더라도 전류가 일정하게 유지되는 새로운 형태의 '플래토 트랜지스터(plateau transistor)'를 개발하는 데 성공했다고 28일 밝혔다.

이번 연구는 컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 반도체 소자의 효율을 획기적으로 높일 수 있는 길을 열어 주목을 받는다.

인공지능(AI)과 빅데이터의 발전으로 반도체가 처리해야 할 데이터의 양이 폭발적으로 늘어나지만 반도체 기술은 성능을 높이고 크기를 줄이는 데 물리적 한계에 부딪힌 상황이다. 전 세계 연구진은 0과 1의 두 가지 신호만 사용하는 기존 '이진법' 방식을 넘어, 하나의 소자로 0, 1, 2 등 여러 상태를 동시에 표현하는 '다진법 논리 소자' 연구에 집중한다. 다진법 소자가 도입되면 반도체 회로가 훨씬 단순해지고 에너지를 대폭 아낄 수 있다.

초저전력 다진법 반도체를 만들기 위해서는 특정 전압 구간에서 전류가 늘어나거나 줄어들지 않고 똑같이 유지되는 특이한 성질이 필요하다. 기존 기술로는 이를 안정적으로 구현하기가 매우 어려웠다.

공동연구팀은 2차원 반도체와 코발트페라이트 계면에서 나타나는 전자와 '폴라론(polaron)'의 상호작용에 주목했다. 전압을 조절함에 따라 폴라론이 생겨나고 사라지는 과정에서 전류의 흐름을 비선형적으로 제어할 수 있음을 발견했다. 전압이 높아져도 전류가 완벽히 평평한 구간(플래토 구간)을 유지하는 트랜지스터를 안정적으로 만들어내는 데 성공했다.

강보석 성균관대 교수는 “이번 연구는 기존 반도체 소자의 한계를 극복하고, 복잡한 회로를 하나로 줄일 수 있는 차세대 다진법 소자의 가능성을 보여준 신기술”이라며 “빠르고 에너지를 적게 쓰는 폴라론 기반 미래형 컴퓨터 소자 개발에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 연구의 의의를 밝혔다.

박효광 성균관대 연구원과 메흐무드 칼리드 금오공대 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, 성균관대 강보석·박지상 교수와 GIST 김현호 교수가 교신저자로 참여했다.

과학기술정보통신부와 산업통상자원부의 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과는 세계적인 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다.

권미현 기자 mhkwon@etnews.com