‘스핀 트랜지스터’ 상온에서도 고효율로 작동한다

▲ 스핀 트랜지스터의 구조와 소스 전극에서 주입된 스핀전자가 드레인 전극으로 이동하는 중 게이트 전압의 영향으로 세차운동을 하는 모습을 나타내는 개략도.

KIST, 반도체 나노선 이용해 한계 극복

차세대 반도체 소재로 주목받고 있는 ‘반도체 나노선’을 이용한 스핀 트랜지스터가 개발됐다.

상온에서도 고효율로 스핀을 주입하고 검출 성능을 높일 수 있는 기술이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 차세대반도체연구소 스핀융합연구단 박태언 박사 연구팀이 질화갈륨(GaN) 반도체 나노선을 이용해 상온에서 스핀 주입률이 10％이상 높고, 주입된 스핀전자가 1마이크로미터(㎛ㆍ100만분의 1m)이상을 이동해도 스핀정보의 큰 손실 없이 반도체 채널을 이동할 수 있음을 실험적으로 증명했다고 7일 밝혔다.

연구진은 반도체 나노선으로 형성된 서로 다른 결정면 방향을 이용해 스핀 주입신호를 제어하는 방법을 개발했다.

연구진은 이 요소기술을 결합하면 -200℃ 이하 저온에 머물러 있던 스핀 트랜지스터의 동작온도를 상온까지 끌어올릴 수 있어 실용화 가능성이 한층 커질 것으로 전망했다.

기존 실리콘(Si) 반도체가 전자의 전하(-)만을 이용할 수 있었지만, 스핀 트랜지스터는 전하와 동시에 스핀을 새롭게 이용해 전자소자를 구동하는 신개념 저전력 고성능 기술이다.

또 기존 트랜지스터보다 처리속도는 높고 발열량은 낮다.

장준연 KIST 박사는 “반도체 스핀 트랜지스터를 개발하는데 가장 중요한 요소인 동작온도를 획기적으로 개선할 수 있는 새로운 방법을 제시한 것”이라며 “저차원 나노소재를 활용한 새로운 기술은 스핀 트랜지스터의 동작온도 뿐만 아니라 소자성능, 집적도를 극적으로 높여 앞으로 스핀트로닉스 기술 발전에 기여할 것”이라고 밝혔다.

본 연구는 미래창조과학부 나노소재개발사업, KIST 기관고유사업, 국가과학기술연구회 창의융합연구사업으로 수행됐으며, 지난 2일 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션 (Nature Communications)’ 온라인판에 게재됐다. 최소망 기자somangchoi@