성균관대는 박진홍 전자전기공학부 교수와 박사과정 대학원생 심재우씨가 0과 1만을 사용했던 기존 2진법 반도체 소자·회로 대비 처리속도는 높이고 소비전력은 줄이는 3진법 반도체 소자·회로 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.
3개 이상의 논리상태(‘0’, ‘1’, ‘2’, ‘3’ 등)를 표현할 수 있는 다진법 논리소자 및 회로는 0과 1만을 사용하는 기존 2진법 논리시스템에 비해 소자 간 배선 및 소자의 수를 크게 줄일 수 있어 동일한 양의 정보처리 작업을 절반 이하의 소비전력으로 수행할 수 있다.
이 같은 다진법 논리소자의 구현을 위해서는 다양한 종류의 이종접합구조체가 요구된다. 최근 많은 관심을 받고 있는 2차원 반데르발스 물질은 불완전 결합과 같은 표면 결함이 거의 존재하지 않기 때문에 단순 적층공정을 통해 다진법 논리소자에 활용 가능한 다양한 이종접합구조체들을 쉽게 형성할 수 있다.
박 교수 연구팀은 2차원 반데르발스 물질인 그래핀과 이셀레늄화텅스텐(WSe2)을 수직으로 쌓아 빛에 의해 유도되는 부성미분전달컨덕턴스(light-induced negative differential transconductance: L-NDT) 현상을 최초로 발견·활용해 다진법 전자소자를 새롭게 제작했다.
그래핀이란 원자크기만큼 얇고 높은 강도·유연성·투명도·전하 이동도의 특성을 지닌 탄소 원자로 이뤄진 차세대 나노 물질이다. 이셀레늄화텅스텐은 전이금속 칼코겐 화합물로서 그래핀과 유사하게 나노판상 구조를 갖지만 밴드갭이 존재하는 반도체 물질이다.
박 교수는 “미래에는 사람과 사물이 인터넷을 통해 연결돼 정보처리 수요량이 폭증할 것으로 예상되는데 현재 기술로는 미래 에너지 수요를 감당할 수 없어 초저전력, 고성능 소자·회로 구현 기술이 필요하다”며 “이번 연구가 전기기기의 고속화, 고집적화, 저전력화와 같은 요구 사항을 만족시키는 핵심원천기술이 될 것으로 기대한다”고 설명했다.
이번 연구는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 국제 학술지 ACS 나노(ACS Nano) 온라인 판에 13일자에 게재됐다.
/김정욱기자 mykj@sedaily.com