[이코노미 줌in] 속도 3배 빠른 'CMOS 반도체' 개발

한국연구재단· 서울시립대 교수

기존보다 동작속도는 빠르고 구동에 필요한 전력은 훨씬 낮은 반도체 소자 기술이 개발됐다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 서울시립대 신창환 교수(교신저자)와 조재성 연구원(제1저자.학ㆍ석사연계과정)이 마이크로프로세서 등에 사용되는 CMOS반도체(상보성 금속 산화막 반도체)의 동작속도는 3배 이상 높이고, 구동을 위한 전력은 6분의 1로 낮춘 반도체 소자 기술을 개발했다고 밝혔다.

신 교수와 조 연구원은 반도체 소자에서 전하를 모으는 축전기에 절연체 대신 강유전체를 넣은 구조를 이용해 이같은 연구성과를 거뒀다.

이 연구 결과는 나노과학분야의 권위있는 학술지인 나노레터스(Nano Letters) 온라인판 6월 23일자에 게재됐다. 연구진은 반도체 제조공정 기술이 눈부신 발전을 했지만, 반도체 소자를 구동시키기 위한 전압을 효과적으로 줄이지 못해 전력 소모가 심하고, 발열도 심각하다는 점에 착안, 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업으로 이 연구를 시작했다. 연구를 통해 종전 반도체 소자의 축전기에 들어가는 절연체 대신 강유전체 재료를 넣어 축전기 양극(+)에 양의 전압을 걸어도 어느 정도까지 반대 극성을 띤 음(-)의 전하가 쌓이는 '음의 전기용량(Negative Capacitance) 상태를 이용, 작동 속도와 구동 전력 문제를 개선했다는 게 연구진의 설명이다.

'음의 전기용량' 상태가 될 수 있는 축전기를 반도체 소자 안에 넣으면 전압을 증폭해 획기적으로 낮은 전압으로도 반도체 소자를 작동할 수 있고 반도체 소자의 정보처리 속도를 의미하는 온/오프(on/off) 스위칭 속도의 이론적 한계도 극복할 수 있다고 연구진은 덧붙였다.

최두선 기자 cds0817@