김경록(40) UNIST 교수(전기전자컴퓨터공학부) 연구팀이 전력소모는 적은데 속도가 빠른 실리콘 기반 반도체 소자 기술을 개발했다. 이번 원천기술은 반도체 소자로 널리 사용 중인 실리콘을 기반으로 해 상용화가 쉽다.
반도체 소자는 휴대전화, 컴퓨터, 텔레비전 등 전자제품에 반드시 내장되는 중요한 부품이다. 흔히 사용되는 실리콘 기반 반도체 소자는 가격이 저렴하고, 소형화가 쉽지만 전자의 이동성이 낮아 성능이 떨어진다. 반면 화합물 기반 반도체 소자는 성능은 우수하지만 가격이 비싸고, 전력소모가 크다.
김 교수는 각 소자의 장점을 취하면서, 단점은 개선한 실리콘 기반의 ‘초고성능 극저전력 반도체 소자 기술’을 개발했다.
김 교수는 “초고성능과 극저전력 특성을 동시에 확보한 실리콘 기반의 반도체 소자를 개발한 것은 세계 최초다”며 “삼성, 인텔 등 반도체 산업체의 메인 소자 플랫폼으로 적용되면 기존 실리콘 반도체 칩 성능을 혁신적으로 향상시킬 수 있다”고 말했다.
김 교수 연구팀은 전자가 도핑된 실리콘게르마늄(이하 SiGe층) 층을 소자 내부에 삽입시켰다. 삽입된 SiGe층이 전자를 공급해 전자이동도를 향상시키고, 기생저항을 최소화해 전류의 구동을 극대화했다. 또 SiGe층의 두께를 최적화해 누설되는 전류도 억제했다. 실험 결과 실리콘 기반 소자보다 5배 이상 뛰어난 전자이동도를 보였고, 전력소모는 화합물 기반 소자보다 1,000분의 1 수준으로 낮았다.
김 교수는 “이번에 개발된 기술은 값비싼 화합물 기반의 반도체 소자를 대체할 수 있는 원천기술이다”며 “실리콘 기반 원천기술인지라 상용화가 유리하고, 상용화 시 매우 큰 경제적 파급효과가 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 미래창조과학부(장관 최양희)의 미래융합파이오니어사업의 지원을 받아 수행됐다. 김경록 교수는 ‘나노테크놀로지학회(이하 IEEE NANO)’에 논문을 발표했고, ‘영국왕립화학회’가 수여하는 ‘Nanoscale Horizons’ 상을 8일(화) 수상했다. ‘IEEE NANO’는 ‘NANO’라는 주제를 갖는 연구 분야를 망라하는 세계적 권위의 국제학술대회다.
