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'0101' 이진법 쓰지 않는 컴퓨터 나온다

2019년 05월 15일 17:09
이미지 확대하기성명모 한양대 화학과 교수(왼쪽)와 조경재 미국 텍사스주립대 재료공학과 교수(가운데), 제 1저자인 이린 박사 공동연구팀은 초격자 구조의 신소재를 이용한 새로운 작동 원리의 멀티레벨 트랜지스터 소자를 개발했다고 밝혔다. 한국연구재단 제공
성명모 한양대 화학과 교수(왼쪽)와 조경재 미국 텍사스주립대 재료공학과 교수(가운데), 제 1저자인 이린 박사 공동연구팀은 초격자 구조의 신소재를 이용한 새로운 작동 원리의 멀티레벨 트랜지스터 소자를 개발했다고 밝혔다. 한국연구재단 제공

디지털 정보를 저장하는 이진법 반도체 대신 여러 정보를 한 소자에 저장하는 새로운 트랜지스터 소자를 국내 연구팀이 개발했다.

 

성명모 한양대 화학과 교수와 조경재 미국 텍사스주립대 재료공학과 교수 공동연구팀은 하이브리드 반도체 초격자 구조의 신소재를 이용해 새로운 작동 원리의 멀티레벨 트랜지스터 소자를 개발했다고 15일 밝혔다.

 

반도체는 성능 향상을 위해 단위 소자를 더 작게 만들어 면적당 소자의 수를 증가시킨다. 하지만 집적화로 성능이 늘어날수록 전력 소모와 발열도 늘어나 성능 향상에 한계가 있다. 양자역학적 한계도 있어 5년 내로 미세화가 더 어렵다는 예측도 나온다.

 

이에 대안으로 주목받는 게 멀티레벨 컴퓨팅이다. 기존 이진법 컴퓨터가 0과 1의 디지털 정보를 입력하는 반면, 멀티레벨 컴퓨팅은 셋 이상의 입력치를 이용한다. 소자의 수를 늘리는 대신 소자에 저장할 수 있는 정보를 늘리는 것이다. 같은 정보를 처리할 때 더 적은 소자 수를 쓸 수 있어 전력 소모를 줄일 수 있다. 하지만 제조 난이도가 높고 한정된 온도에서 동작하는 등 걸림돌이 많았다.

 

연구팀은 2차원 산화아연(ZnO)층에 유기물층을 위아래로 쌓은 초격자 박막 트랜지스터를 제작했다. 초격자 구조는 전자의 양자역학적 파장과 같은 두께 정도의 결정을 여러층 겹친 구조를 뜻한다. 트랜지스터에 전기장을 걸어주면 전계효과에 의해 산화아연층이 활성화되는데 유기물층이 중간에서 전계효과를 막아주기 때문에 전기장의 크기에 따라 전도도가 계단 형태로 차례로 증가하게 된다. 산화아연층이 한층씩 켜지면서 정보도 하나씩 입력돼 산화아연층의 수만큼 정보를 입력할 수 있다.

 

이미지 확대하기외부 자극의 세기에 따라 산화아연층이 하나씩 켜지며 정보가 하나씩 입력된다. 한국연구재단 제공
외부 자극의 세기에 따라 산화아연층이 하나씩 켜지며 정보가 하나씩 입력된다. 한국연구재단 제공

연구팀이 개발한 멀티레벨 소자는 기존 반도체 공정에 쓰이는 원자층증착법(ALD) 공정을 그대로 쓸 수 있다. 때문에 어려운 제조 공정 없이 대면적 공정이나 연속 공정을 도입할 수 있다. 또한 실온에서도 동작이 가능해 기존 멀티레벨 컴퓨터 소자의 단점을 상당 부분 해소했다는 게 연구팀의 설명이다.

 

성 교수는 “완전히 새로운 원리로 작동하는 멀티레벨 컴퓨터를 구현할 수 있는 트랜지스터 소자를 제안했다”며 “멀티레벨 소자가 실용화되면 초저전력 반도체와 소재, 장비, 센서, 고성능 로직 반도체 등 반도체가 들어가는 모든 산업에서 획기적인 발전을 가져올 것으로 기대한다”고 밝혔다.

 

연구결과는 지난달 30일 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 실렸다.

 

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