서울시립대 신창환 교수팀 연구

1960년대 이후 반도체는 ‘무어의 법칙’에 따라 18개월마다 성능과 용량이 2배씩 증가하고 있다. 그러나 반도체 소자를 작동시키기 위한 전압은 그대로다. 컴퓨터와 각종 전자제품의 전력 소모를 줄이고 발열현상을 개선하려면 전압을 지금보다 더 낮춰야 한다.

서울시립대 전자전기컴퓨터공학부 신창환 교수팀은 반도체 소자에 들어가는 재료를 바꿈으로써 구동전력을 기존 소자의 6분의1로 저감, 발열과 전력소모 문제를 해결하는 한편 동작속도까지 빠르게 하는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

반도체 소자에서 전하를 모으는 장치인 축전기는 +(양) 전극과 -(음) 전극 사이에 전기가 통하지 않는 절연체를 넣어 만든다. 연구진은 절연체 대신 외부 전기장에 의해 극성을 바꿀 수 있는 강유전체 재료를 넣어, +전극에 +전압을 걸더라도 일정 부분 반대극성인 -전하가 쌓이는 ‘음의 전기용량’ 상태을 만드는 데 성공했다.

연구팀은 “반도체 음의 전기용량이 구현되면 전압 증폭이 쉬워져 낮은 전압으로도 반도체 소자를 작동시킬 수 있고, 정보처리 속도도 이론적 한계를 극복할 수 있다”고 설명했다. 연구진은 이번에 개발된 기술로 반도체를 만든 결과 기존 반도체 소자의 6분의1 수준의 전압으로 작동되고, 동작 속도도 3배 이상 빨라지는 것을 확인했다.

신 교수는 “이번 연구는 이론적으로만 가능했던 ‘음의 전기용량’이란 개념을 실험적으로 증명했다는 데 큰 의미가 있다”며 “구동전압 감소는 발열 문제뿐만 아니라 반도체 수명 연장에도 중요한 요소로 현재 개발 중인 10나노미터급 초절전 반도체 소재 개발에 기여할 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr