정종오기자
▲음의 전기용량을 구현하기 위해 강유전체 축전기를 반도체 소자의 게이트 스택에 연결했다.[사진제공=한국연구재단]
[아시아경제 정종오 기자] 구동 전력은 6분의1로 줄었고 정보처리 속도는 3배 이상 높인 반도체 소자가 개발돼 관심을 모으고 있다. 미래의 초절전 반도체 기술 시대를 앞당길 것으로 기대된다. 국내 연구팀이 기존보다 동작속도는 빠르고 구동하는데 필요한 전력은 훨씬 낮은 반도체 소자 기술을 개발했다. 1960년대 이후 반도체 제조공정 기술은 '무어의 법칙'에 따라 매 2년 마다 단위면적당 2배의 소자를 집적시키며 발전해 왔다. 반면 반도체 소자를 구동시키기 위한 전압은 효과적으로 줄이지 못했다. 그 결과 최신 반도체 소자는 단위면적 당 구동에 필요한 전력의 크기가 핵원자로와 비슷한 수준이 됐다. 발열도 심각한 수준이다. 연구팀은 '음의 전기용량'이 반도체 소자에 미치는 역할을 실험적으로 밝혔다. 이번 연구에서 P(VDF-TrFE)라는 강유전체(자발적으로 전기적 극성을 가지며 외부 전기장에 의해 극성의 방향이 바뀔 수 있는 물질)를 이용해 '음의 전기용량' 상태를 가지는 축전기를 개발했다. '음의 전기용량'을 구현해 축전기로 반도체 소자 내에서 전압을 증폭함으로써 기존의 6분의1 수준의 구동전압으로도 CMOS 반도체 소자(트랜지스터)를 작동시켰다. 여기에 물리적 한계로 여겨졌던 60mV/decade보다 3배 이상 빠른 온/오프(on/off) 스위칭 속도(18mV/decade)로 동작을 할 수 있음을 밝혔다. 이번 성과는 10nm이하급 미래 초절전형 CMOS 반도체 기술 개발에 도움이 될 것으로 전망된다. 신창환 교수(서울시립대), 조재성 연구원(서울시립대 학?석사연계과정) 등이 이번 연구를 수행했다. 연구 결과는 나노과학분야 학술지인 나노레터스(Nano Letters) 온라인판 6월 23일자(논문명: Negative Capacitance in Organic/Ferroelectric Capacitor to Implement Steep Switching MOS Devices_에 실렸다. 신창환 교수는 "미래 CMOS 반도체 소자에 음의 전기용량의 적용가능성을 실험적으로 밝힌 이번 연구는 음의 전기용량이라는 새로운 학문분야를 한 단계 진보시킨 것"이라며 "반도체 산업의 기술적 도약에도 큰 기여를 할 것으로 기대된다"고 말했다.정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr<ⓒ세계를 보는 창 경제를 보는 눈, 아시아경제(www.asiae.co.kr) 무단전재 배포금지>