삼성 SAIT, 신소재로 전력 효율 높인 시스템 반도체 구현

세계적인 권위의 학술지에 관련 연구 결과 게재

삼성전자 SAIT(옛 종합기술원)가 차세대 반도체 소재를 적용, 성능과 전력 효율을 높인 시스템 반도체 구현 기술을 개발했다. 새로운 트랜지스터 기술 상용화 가능성을 높여 삼성전자 파운드리(반도체 위탁생산) 핵심 동력으로 키우겠다는 목표를 내놨다.

1일 삼성전자는 사내 연구를 통해 관련 성과를 올렸다며 자사 반도체 뉴스룸에 소식을 게재했다. 세계적인 학술지 '네이처 일렉트로닉스'에 이번 연구 논문이 게재됐다는 설명도 더했다.

연구 논문에는 SAIT 임직원이 제1저자와 교신저자, 공저자로 참여했다. 삼성전자 DS부문 반도체연구소 소속 임직원도 공저자로 이름을 올렸다.

차세대 반도체 소재로 성능과 전력 효율 높인 시스템 반도체 구현 기술을 개발한 삼성전자 SAIT 연구진 모습 / [사진출처=삼성전자 반도체 뉴스룸]

연구진들은 인공지능(AI) 서비스 확산과 함께 컴퓨팅 시스템 내 데이터 연산·처리 기능을 하는 시스템 반도체 성능이 중요해지지만 성능을 높이는 과정에서 발생하던 누설 전류 문제에 주목했다.

시스템 반도체 성능을 향상하려면 트랜지스터를 미세화하고 집적도를 높여야 한다. 하지만 이 과정에서 트랜지스터 내 절연막도 같이 얇아지면서 누설 전류가 늘어나게 된다.

연구진은 절연막에 활용하는 고유전 물질을 신소재인 강유전 물질로 대체하면 누설 전류를 줄일 수 있다는 점을 확인했다. 강유전 물질 특성을 활용하면 누설 전류 증가 없이 동작 전압을 줄일 수 있고, 이는 트랜지스터 소비 전력 감소로 이어진다는 게 연구진 설명이다.

실제 강유전 물질을 사용한 반도체는 기존 고유전 물질을 사용한 반도체와 비교해 동일한 구조에서 소비 전력을 최대 33%까지 낮출 수 있었다.

트랜지스터 구조(nMOSFET) 내부 이미지 / [이미지출처=삼성전자 반도체 뉴스룸]

연구진은 전기용량(NC) 효과를 활용한 'NCFET' 구조의 새로운 트랜지스터 상용화 가능성을 세계 최초로 검증했다는 점에 의의가 있다고 밝혔다. 기존 핀펫(FinFET), 게이트올어라운드(GAA) 등 3차원(3D) 구조 트랜지스터를 포함해 모든 구조의 트랜지스터에 활용할 수 있다는 설명도 더했다.

조상현 삼성전자 SAIT 연구원(공동 1저자)은 "강유전 물질의 NC 효과를 실험적으로 검증한 것과 더불어 두께 미세화와 신뢰성 확보, NC 동작 범위 조절이 가능함을 동시에 확인했다"며 "차세대 저전력, 고성능 시스템 반도체 소자 상용화 가능성을 확인했다는 데 의미가 크다"고 말했다.

이어 "강유전체 박막 성장 및 소자 기술을 더욱 개선할 것"이라며 "당사 파운드리(반도체 위탁생산) 사업에 있어서 핵심 미래 기술이 되길 기대한다"고 덧붙였다.