그래핀을 이용해 현행보다 속도가 100배 빠른 반도체를 만들 수 있는 길이 열렸다.
KAIST(총장 강성모) 김형준 EEWS 대학원 교수와 윌리엄 고다드 교수는 그래핀을 이용한 트랜지스터의 온·오프 스위칭 효율을 극대화 할 수 있는 방법을 찾았다고 22일 밝혔다.
이 연구는 손영우 고등과학원(KIAS) 교수와 장민석 미국 칼텍 박사, 해리 애트워터 교수가 공동 진행했다. 연구 결과는 자연과학분야의 국제 학술지 `미국립과학원회보(PNAS)` 13일자 온라인판으로 게재됐다.
그래핀은 전자 이동속도가 실리콘에 비해 100배 이상 높기 때문에 반도체 소자로 응용했을 경우 컴퓨터의 속도가 엄청나게 빨라질 수 있다. 다만 그래핀은 원자구조 특성으로 인해 온·오프 스위칭 효율이 매우 낮아 반도체 소재로 적용이 불가능했다.
KAIST 연구진은 그래핀 전자 이동 메커니즘이 빛의 전파 과정과 유사하다는 사실에 착안해 이 문제를 해결했다. 그래핀 전자에 빛을 반사시키는 원리를 적용해 게이트 전극을 톱니 모양으로 디자인했다.
연구진은 이를 이용해 트랜지스터를 제작할 경우 스위칭 효율을 최고 100배 정도 높일 수 있음을 이론적으로 입증했다.
이 기술은 그래핀의 원자 구조를 변형시키지 않기 때문에 그래핀의 높은 전자이동 특성을 그대로 사용할 수 있다.
기존 실리콘 기반 반도체와 유사한 구조를 갖고 있어 현재 반도체 제작 공정을 그대로 응용할 수 있을 것으로 학계는 예상했다.
김형준 교수는 “이론적으로 제안한 메커니즘을 실현한다면 그래핀을 활용한 연산 속도가 매우 빠른 차세대 컴퓨터 개발에 커다란 기여를 할 수 있을 것”이라고 말했다.
대전=박희범기자 hbpark@etnews.com