삼성전자[005930]가 ‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀을 활용한 새로운 트랜지스터 구조를 개발했다.

그래핀을 활용한 트랜지스터가 완성된다면 현재보다 100배 이상 좋은 컴퓨팅 파워를 구현할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

삼성전자는 기존 실리콘의 한계를 극복하고 미래 트랜지스터 개발 가능성을 한 단계 높인 종합기술원의 이 같은 논문이 세계적 권위의 학술지인 사이언스지 온라인판 17일(현지시간)자에 게재됐다고 18일 밝혔다.

반도체에는 실리콘(Si) 소재의 트랜지스터가 수십억 개씩 들어있으며 반도체 성능을 높이려면 트랜지스터 크기를 줄여 전자의 이동 거리를 좁히거나, 전자의 이동속도를 높이는 소재를 사용해 전자가 빠르게 움직이게 해야 한다.

높은 전자 이동 속도를 갖고 있는 ‘그래핀’은 실리콘을 대체할 물질로 각광받고 있으나 금속성을 지녀 전류를 차단할 수 없다는 것이 문제점으로 지적됐었다.

트랜지스터에서는 전류의 흐름과 차단으로 디지털 신호인 ‘0과 1’을 나타내기 때문에 그래핀을 실리콘 대신 사용하려면 반도체화 과정을 거쳐야 한다. 그러나 이 과정에서 그래핀의 이동속도가 급감하기 때문에 그래핀 트랜지스터에 대한 회의적인 시각이 많았다.

삼성전자 종합기술원은 새로운 동작원리를 적용해 그래핀 자체를 변화시키지 않으면서 전류를 차단할 수 있는 소자를 개발했다.

그래핀과 실리콘을 접합해 ‘쇼키 장벽(Schottky Barrier)’이라고 하는 에너지 장벽을 만들고 이 장벽의 높이를 조절하는 방법으로 전류를 켜고 끌 수 있게 한 것이다.

장벽(Barrier)을 직접 조절한다는 의미에서 삼성전자는 새로운 이 소자를 ‘배리스터(Barristor)’로 이름 붙였다.

또 디지털 신호인 ‘0’ 또는 ‘1’ 을 상호 변환하는 가장 기본적인 회로인 인버터 등을 제작해 기본 연산(덧셈)을 구현했다.

이번 논문은 그래핀 소자 연구의 최대 난제를 해결함으로써 추후 연구에 새로운 방향을 제시하고, 관련 분야를 선도할 수 있는 기반을 구축한 것으로 평가되고 있다.

현재 삼성전자는 기술원은 그래핀 트랜지스터의 동작방식과 구조와 관련한 핵심 특허 9건을 확보하고 있다.

삼성전자 종합기술원 박성준 전문연구원은 “그래핀소자에 대한 연구를 마라톤에 비유한다면 골인 지점은 있는데 코스는 없는 상황에서 코스 방향을 찾았다고 볼 수 있다”며 “실리콘 기술을 확장하는데 기여하는 것은 물론 실제로 반도체에 쓰일 수 있도록 기반 기술 연구를 계속해 나가겠다”고 말했다.

연합뉴스