초고속 실리콘 소자 원천기술 개발

(아주경제 배충현 기자) 국내 연구진이 기존의 실리콘 반도체 소자 속도를 수십 배 이상 향상시킬 수 있는 원천기술을 개발했다.

17일 교육과학기술부에 따르면 염한웅(사진) 포스텍 물리학과 교수팀은 금속 단원자막과 실리콘의 계면을 활용해 실리콘 반도체 소자의 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 원천기술 개발에 성공했다.

반도체 소자의 속도는 전기신호를 운반하는 전자의 유효질량에 의해 결정되는데, 유효질량이 적을수록 전하가 빨리 움직여 소자의 속도도 빨라진다.

하지만 전자의 유효질량은 각 물질이 가진 고유한 성질로, 학계에서는 유효질량을 제어하는 것은 사실상 불가능하다고 여겨져 왔다.

따라서 이동통신 등에서 활용되는 고속소자들은 실리콘보다 전자 유효질량이 적은 화합물 반도체를 이용해 왔다.

이번에 개발된 원천기술은 실리콘의 유효질량을 20분의 1 이하로 크게 줄이는 새 방법이다.

염 교수팀은 단원자막 두께인 0.3나노미터(nmㆍ10억분의 1미터)의 매우 얇은 금속막을 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 유효질량에 비해 20분 1 수준으로 가벼우며 초고속으로 움직이는 전자를 발견한 것은 이번이 처음이다.

특히 이번에 측정된 실리콘 전자의 유효질량은 지금까지 알려진 어떠한 화합물 반도체보다 작고 상용화가 쉬운 실리콘을 활용한다는 점에서 기존 고속전자 소자를 뛰어넘는 초고성능의 소자를 조기에 실현할 수 있는 중요한 원천기술로 평가된다.

이번 연구결과는 물리학 분야에서 세계적으로 권위있는 과학저널 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)' 18일자에 게재되고 국제특허출원도 준비하고 있다.
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