실리콘 소자 속도향상 원천기술 개발

포스텍 염한웅 교수팀, 전자 유효질량 20분의1 이하로 줄여
전자의 유효질량을 줄여 실리콘 반도체 소자의 속도를 수십배 이상 향상시킬 수 있는 원천기술이 개발됐다. 이에 따라 세계에서 가장 빠른 실리콘 소자를 구현할 수 있는 길이 열리게 될 전망이다.

포스텍 염한웅 교수 연구팀은 금속 단원자막(가장 얇은 금속막)과 실리콘의 계면을 활용해 기존의 실리콘 반도체 소자 속도를 수십배 이상 향상시킬 수 있는 원천기술을 개발하는데 성공했다고 17일 밝혔다.

이 기술은 학계에서 지금까지 불가능하다고 여긴 전자의 유효질량을 제어, 실리콘의 유효질량을 20분의1 이하로 크게 줄인 혁신적인 방법을 통해 구현됐다는 평가다.

반도체 소자의 속도는 전기신호를 운반하는 전자의 유효질량에 의해 결정되는데 유효질량이 작을수록 전하가 빨리 움직여 소자의 속도가 빨라지게 된다.

염 교수 연구팀은 0.3㎚ 두께의 단원자막을 실리콘과 접합시키면 금속의 전자와 실리콘 계면의 전자가 서로 영향을 주고받아 실리콘 전자의 유효질량을 크게 줄인다는 사실을 실험과 이론을 통해 밝혀냈다.

일반적인 실리콘 반도체 물질에서 기존의 유효질량보다 20분의1 가량 가벼우며 초고속으로 움직이는 전자를 발견한 것은 이번이 처음이다.

염한웅 교수는 "이번에 규명한 실리콘 전자의 유효질량은 지금까지 알려진 어떠한 화합물 반도체보다 작고 상용화하기 쉬운 실리콘을 활용했다는 점에서 기존의 고속 전자소자를 능가하는 초고성능 소자를 조기에 실현할 수 있는 원천기술로 활용될 것"이라고 말했다.

한편 이 연구성과는 물리학 분야의 세계적 권위지인 '피지컬 리뷰 레터스(6월18일자)'에 게재됐고 관련기술에 대한 특허출원을 준비하고 있다.

대전=이준기기자 bongchu@