포스텍 연구팀, 스마트폰 전력소비 줄이는 차세대 트랜지스터 개발

포스텍 연구팀이 스마트폰 등 휴대용 전자기기를 더 오래 사용할 수 있도록 하는 기술을 개발했다.

포스텍은 지난달 30일 창의IT융합공학과 백창기 교수·미래IT융합연구원 윤준식 박사·김기현 박사 연구팀이 기존 발표된 트랜지스터보다 대기전력을 줄이고 최소 3배 이상 더 빠르게 동작하는 코어-셸 수직 실리콘 나노선 ‘터널링(Tunneling)트랜지스터’를 개발했다고 밝혔다.

전류나 전압흐름을 조절하는 신호 증폭이나 스위치 역할을 하는 트랜지스터는 스마트폰 애플리케이션 프로세서(AP)와 노트북 CPU 등 두뇌 역할을 하는 핵심 부품이다.

이 중 터널링 트랜지스터는 기존 트랜지스터의 동작과 달리 전력 소모를 줄일 수 있어 많이 연구돼 왔다. 그러나 전자의 통과를 방해하는 높은 에너지 장벽과 제한된 터널링 면적으로 인한 작은 동작 전류로 성능 향상에 한계가 있었다.

연구팀은 실리콘 터널링 트랜지스터를 기반으로 단순한 수직 나노선 대신 ‘코어-셸(Core-shell)’구조를 나노선에 도입했고, 이를 통해 에너지 장벽을 효과적으로 제어하고 터널링 면적을 더 넓게 해 휴대용 전자기기의 대기전력을 줄이면서도 성능을 향상시키는 사실을 밝혀냈다.

특히 국내 실리콘 반도체 공정 기술인 톱다운(Top-down) 방식을 그대로 적용할 수 있어 제작 단가를 낮추고, 대량생산도 가능할 전망이다.

연구팀은 이번 연구로 차세대 저전력, 고성능 로직소자 기술을 개발했다는데 큰 의미가 있다고 설명했다.

백창기 교수는 “실리콘 나노 원천 기술이 향후 국가경쟁력을 제고하는데 기여할 것”이라며 “기존 반도체 분야뿐만 아니라 신에너지, 미래자동차 및 의료·환경용 센서 등 다양한 미래 유망 신산업에 접목시킬 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 ‘네이처’자매지인 ‘사이언티픽 리포트’를 통해 발표됐다.

포항=김기태기자 ktk@yeongnam.com

(?)터널링(Tunneling) = 양자 역학에서 원자핵을 구성하는 핵자가 그것을 묶어 놓은 핵력의 포텐셜 장벽보다 낮은 에너지 상태에서도 확률적으로 원자 밖으로 튀어 나가는 현상

코어-셸(Core-shell) =나노선 중심부 및 중심부를 둘러싸는 주변부로 이루어진 나노 구조체

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