KAIST(한국과학기술원) 최양규 교수와 국민대 최성진 교수 공동 연구팀은 신소재인 '탄소나노튜브'(CNT)를 3차원으로 쌓아올린 형태의 반도체를 개발했다고 4일 밝혔다.

탄소 6개로 이뤄진 육각형 모양의 신소재인 탄소나노튜브는 강도가 철의 100배에 이르고 전기 전도도와 열전도율은 각각 자연계에서 가장 뛰어난 구리, 다이아몬드와 비슷해 차세대 첨단소재로 주목받고 있다.

탄소나노튜브 기반 반도체는 실리콘 기반 소자보다 빠르게 동작할 수 있고 낮은 전력으로도 구동이 가능해 반도체 소자로 상용화하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

3차원 탄소나노튜브 반도체

하지만 탄소나노튜브의 밀도가 낮아 성능을 높이는 데 한계가 있고, 순도도 낮아 넓은 면적의 웨이퍼(기판)에 제품을 대량으로 생산하기 어려웠다.

연구팀은 3차원 트랜지스터 구조인 '핀 게이트 구조'를 이용해 탄소나노튜브를 위로 증착시킴으로써 극도로 얇은 두께의 폭에서도 높은 전류 밀도를 갖는 반도체를 개발했다.

이 구조를 이용하면 1마이크로미터(㎛, 100만분의 1m) 당 600개의 탄소나노튜브를 증착할 수 있어 30개 정도만 쌓을 수 있는 2차원 구조에 비해 효율을 20배 높일 수 있다.

50나노미터(㎚, 10억분의 1ｍ) 이하의 폭에서도 높은 전류 밀도를 지녀 실리콘 기반 반도체보다 동작 속도는 5배 이상 빠르고 소비 전력은 5배 이상 절감할 수 있다.

제1저자인 이동일 연구원은 "기존 실리콘 기반 반도체용 공정 장비로도 제작·호환이 가능하기 때문에 별도의 비용이 들지 않아 상용화가 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 미래창조과학부 글로벌프론티어사업 스마트IT융합시스템 연구단과 미래유망융합파이오니아사업 씨모스THz기술융합연구단의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제 학술지 '에이씨에스 나노'(ACS Nano) 지난해 12월 27일 자에 실렸다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

<저작권자 © 전파신문, 무단 전재 및 재배포 금지>