[테크월드=선연수 기자] 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 조성재 교수 연구팀이 기존 금속 산화물 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET, Metal-oxide-semiconductor Field-effect Transistor) 대비 작동 전력 소모량을 10배 이상 낮춘 저전력 터널 트랜지스터를 개발했다. 이는 MOSFET 보다 동작 속도도 2배 이상 빠른 고속 성능을 나타낸다.
여태 저전력 트랜지스터는 전력 소모는 낮으나, 작동 상태 전류가 기존 MOSFET에 비해 현저히 작아 작동 속도가 느린 문제점이 있었다. 연구팀은 흑린(Black phosphorus)의 두께에 따라 밴드갭이 변하는 독특한 성질을 이용해 트랜지스터 채널을 구성함으로써, 전력소모를 줄이고 단층 붕화 질소(Hexagonal boron nitride)를 트랜지스터의 드레인(Drain) 접합에 이용해 터널 트랜지스터의 작동 상태 전류를 높이는데 성공했다.
연구팀은 단층 붕화 질소를 활용해 지난 연구의 한계를 극복하고 SS = 60mV/dec 지점에서의 작동 상태 전류를 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)에 보고한 저전력 흑린 트랜지스터에서의 결과보다 10배 이상 크고, MOSFET의 문턱값(Threshold)에서의 전류값보다도 큰 20 μA/μm을 달성했다.
조성재 교수는 “흑린 이종접합 트랜지스터가 기존 트랜지스터보다 저전력, 고속으로 작동하는 것을 확인했다. 이는 기존 실리콘 기반 MOSFET을 대체할 수 있는 새로운 트랜지스터의 가능성을 보여주는 결과”라며, 기초 반도체 물리학과 비메모리 반도체 산업으로의 응용에 대한 기대감을 표했다.
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