차세대 트랜지스터 세계 최초 ‘네이처’ 게재

국내 연구진이 공기가 닿으면 성능이 떨어지던 차세대 반도체 소자의 안정화 기술 개발에 성공했다.

포스텍(포항공대) 연구팀은 차세대 반도체 핵심 소자인 '페로브스카이트 기반 p형 트랜지스터'의 안정성과 성능을 동시에 높이는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

포스텍 화학공학과 노용영 교수와 성균관대, 중국 전자과학기술대 공동연구팀이 공기 노출에 취약한 페로브스카이트 p형 트랜지스터의 한계를 극복할 표면 처리 전략을 세계 최초로 제시해 주목을 받고 있다. 

p형 트랜지스터는 전자기기의 핵심 소자이지만 높은 성능을 안정적으로 구현하기 어려워 과학기술정보통신부가 반도체 분야 10대 난제 중 하나로 꼽은 기술이다.

트랜지스터는 전기 신호를 켜고 끄는 작은 스위치 역할을 한다. 전자를 나르는 'n형'과 정공을 나르는 'p형'으로 나뉘며, 두 종류의 트랜지스터가 균형을 이뤄야 고성능·저전력 반도체 구현이 가능하다.

페로브스카이트는 차세대 반도체 소재로 주목받고 있지만 공기에 노출되면 반도체 표면의 이온이 산화돼 성능이 크게 떨어지거나 소자를 사용할 수 없게 되는 문제가 있었다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 표면에 남은 불안정한 주석 이온을 제거하고, 그 자리에 외부 환경으로부터 소자를 보호하는 자가 방어층을 형성하는 새로운 표면 처리 전략을 제시했다.

그 결과 전하 이동 특성과 소자 성능이 크게 향상됐고, 공기 중에서 수분 만에 성능이 저하되던 트랜지스터가 장시간 안정적으로 작동하는 것으로 확인됐다.

연구팀은 이번 기술이 차세대 디스플레이 구동 회로와 고집적 메모리 소자, 웨어러블 기기 등 다양한 전자산업 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

노용영(사진) 교수는 "불가능하다고 여겨졌던 주제를 믿고, 지난 6년간 꾸준히 지원해 준 삼성디스플레이와 과학기술정보통신부 덕분에 관련 분야에서 세계 최초로 네이처에 보고하는 성과를 낼 수 있었다"며 "앞으로 인공지능(Al) 연산용 수직 적층형 DRAM 메모리 소자, 차세대 디스플레이 구동 회로와 웨어러블 기기, 고집적 반도체 소자 등 폭넓은 미래 전자 산업 분야 핵심 기술로 폭넓게 사용될 것"이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 페로브스카이트 트랜지스터 분야 국제학술지 '네이처'에 실렸다.

포항=이영균 기자 [e-mail]