심우영 교수팀 "멤트랜지스터 한계 극복한 화합물 반도체 소재 개발"

국제학술지 '네이쳐 머터리얼스' 게재

심우영 연세대 교수 [사진=과학기술정보통신부]

국내 연구진이 기존 전이금속 기반 멤트랜지스터 비균일성과 저효율 문제를 극복한 새로운 화합물 반도체 소재를 개발했다.

과학기술정보통신부는 심우영 연세대 신소재공학과 교수 연구팀이 기존 멤트랜지스터보다 낮은 전력으로도 구동이 가능한 신소재 트랜지스터를 개발해 국제적인 재료 분야 학술지인 '네이처 머터리얼스' 28일자에 발표했다고 밝혔다.

과기정통부 미래소재디스커버리사업과 기초과학연구원(IBS) 지원을 받아 이뤄진 이번 공동 연구에는 김종영 한국세라믹기술원 박사·천진우 IBS 단장, 박철민·알로이시우스 손 연세대 교수 등이 참여했다.

멤트랜지스터는 멤리스터와 트랜지스터 합성어로, 두 부품 특성을 동시에 보유한 능동자다. 주로 부도체에서 발견되는 멤리스터는 전압과 전류 관계를 기억하는 특징이 있다. 메모리와 로직 부품의 근간인 트랜지스터는 반도체 물질을 사용해 전기 신호를 제어한다.

두 소자는 상호 호환되지 않아 주로 연결해 사용하는데, 밀도가 크고 많은 전력을 써야 하는 단점이 있다. 대부분 전이금속 물질로 구성돼 쓸 수 있는 소재도 제한적이었다.

공동 연구팀은 높은 전력 소모와 제한적인 소재 활용 한계를 극복할 신소재 발굴에 집중해 연구를 진행했다. 그 결과 저전력으로 반데르발스 갭 내부의 이온 이동이 가능하면서도 반도체 특성을 발현하는 III-V족 화합물 반도체 소재를 개발하고, 작동 원리 규명에 성공했다. 

연구팀은 반도체로 사용할 수 있는 III-V족 기반 40개 후보물질을 찾아낸 뒤 10종을 최종 선별, 합성에 성공했다. 이후 실험을 거쳐 소재 내부에서 이온이 움직이는 것을 증명하고, 이온 이동에 따른 메모리 특성이 발현되는 것을 검증했다. 반도체 특성도 확인해 이 소재가 메모리와 트랜지스터로 모두 활용할 수 있고, 시냅스 작동이 저전력으로 이뤄지는 것도 증명했다.

심 교수는 "새로운 멤트랜지스터 소재 발견에 대한 패러다임을 제시했다"면서 "메모리와 반도체 분야 발전을 가속화하고, 전자소자 개발에 이바지할 것"이라고 밝혔다.