꿈의 신소재인 그래핀을 활용해 반도체를 개발할 수 있는 길이 열렸다.
삼성전자 종합기술원은 그래핀을 활용한 새로운 트랜지스터 구조를 개발했다고 18일 밝혔다. 이 연구 성과는 세계적 권위의 학술지 사이언스지 온라인판에 게재됐다.
종합기술원이 개발한 것은 그래핀에 실리콘을 접합해 그래핀으로도 전류를 흘렸다 차단했다를 조절할 수 있는 방식이다. 종기원은 그래핀과 실리콘으로 쇼키장벽을 만들고 이 장벽의 높이를 조절하는 방법으로 트랜지스터를 켜고 끄게 했다. 장벽(Barrier)을 직접 조절한다는 의미에서 `배리스터(Barristor)`라고 이름을 지었다.
그래핀은 전자 이동도가 높아 실리콘(Si)을 대체할 물질로 각광받았으나 금속성을 지녀 전류를 차단할 수 없어 트랜지스터에 적용하지 못했다. 트랜지스터에서는 전류의 흐름과 차단으로 디지털 신호인 `0`과 `1`을 나타내는데, 그래핀을 반도체화하는 과정을 거치면 전자 이동도가 급감했기 때문이다. 반도체에는 트랜지스터가 수십억 개씩 들어 있으며 반도체 성능은 전자의 이동을 빠르게 할 수 있는 트랜지스터에 달려있다고 할 수 있다. 그래핀 소재를 활용할 때 전자 이동도가 급감한다면 트랜지스터에 적용하기 힘들게 된다.
이번에 삼성전자 종합기술원이 개발한 기술은 그래핀 자체를 변화시키지 않으면서 전류를 차단할 수 있는 방식이다.
삼성전자는 그래핀 소자 연구의 최대 난제를 해결함으로써 추후 연구에 새로운 방향을 제시한 것으로 평가받고 있다.
삼성전자 종합기술원은 이 구조를 활용해 가장 기본적인 회로인 인버터 등을 제작하기도 했다. 이 회로로 기본 연산(덧셈)을 구현했다. 현재 삼성전자는 기술원은 그래핀 트랜지스터의 동작방식과 구조와 관련한 핵심 특허 9건을 확보하고 있다.
문보경기자 okmun@etnews.com
