탄소나노튜브 양극성 이용 논리회로 개발

국내연구진이 '탄소나노튜브 트랜지스터의 양극성'을 이용해 다양한 기능의 논리회로를 구현할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술은 휴대폰 등 무선통신용 초절전 나노 집적회로 제작에 응용될 수 있을 것으로 평가받고 있다.

교육과학기술부(장관 안병만)는 성균관대 이영희 교수팀이 탄소나노튜브 트랜지스터의 양극성을 이용한 논리회로 개발에 성공했다고 24일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국 나노분야의 저명학술지인 '나노레터스(Nano Letters)' 4월호에 게재됐고 '네이처(Nature)'에서 아시아ㆍ태평양 지역의 우수한 재료과학 연구결과만을 발표하는 'Asia Materials' 15일자에 리서치 하이라이트로 소개됐다.

탄소나노튜브는 실리콘을 대체할 수 있는 차세대 전자소자 재료로 각광받고 있으며 트랜지스터에 응용할 경우 고집적 메모리 및 초고속 컴퓨터의 제작이 가능할 것으로 전망돼 전 세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있다.

지금까지 양극성을 띄는 탄소나노튜브를 단극성의 실리콘 트랜지스터와 같이 작동시키기 위해 화학적으로 불순물을 주입해 양극성을 단극성으로 바꾸는 등 다양한 연구가 진행돼 왔다. 하지만 불순물의 제어가 쉽지 않고 공기 중에서 불안정해 신뢰성이 떨어지는 한계가 있었다.

이영희 교수팀은 탄소나노튜브의 양극성을 단극성으로 바꾸지 않고도 그 특성을 활용할 수 있다는 사실을 증명했다. 탄소나노튜브로 만든 논리회로에 단순히 양(+)과 음(-)의 공급전압만을 바꿔주면 기본회로인 'NAND' 및 'NOR' 기능이 모두 구현됨을 확인한 것. 연구팀에 따르면 'NAND'와 'NOR'은 논리회로의 기본기능으로 입력신호가 1이 아닐 때 출력이 1이 되는 것이 'NOR', 두 개의 입력이 1이 되는 것을 제외하고 모든 입력신호에 대해 1이 되는 것이 'NAND' 기능이다.

연구팀에 따르면 이 방법을 적용하면 기존 실리콘 논리회로 구현에 필요한 8개의 트랜지스터를 4개로 줄일 수 있어 집적도가 두 배로 향상된다. 연구팀 관계자는 "이번 연구 성과는 작업 방법이 간단할뿐 아니라 전자소자의 집적도를 획기적으로 증대시킬 수 있어 휴대폰 등 무선통신용 초절전 나노 집적회로 제작에 응용이 가능할 것"이라고 밝혔다.

교과부 관계자는 "이번 연구의 가장 큰 업적은 발상의 전환으로 탄소나노튜브의 양극성이 단점이 아니라, 스위치 동작이 가능한 논리회로를 제작할 수 있는 장점이 될 수 있다는 것을 보여줬다는 사실"이라고 평가했다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr