장재은·표고은 연구팀, 2차원 나노 채널에서도 안정적 '이중 변조 판상 적층형 트랜지스터' 구현
대구경북과학기술원(DGIST) 전기전자컴퓨터공학과 장재은 교수와 표고은 박사 연구팀이 2차원적인 나노스케일 채널 구조에서도 전류 누설 없이 안정적으로 동작하는 '이중 변조 판상 적층형 트랜지스터'를 세계 최초로 개발했다고 DGIST가 12일 밝혔다.
최근 반도체 산업은 한정된 공간에 더 많은 소자를 집적하기 위한 요구가 증가하면서 물리적 한계에 직면하고 있다. 이를 극복하기 위해 전류가 흐르는 채널을 수직으로 층층이 쌓아 올리는 '판상 적층형 트랜지스터'가 차세대 3D 반도체의 대안으로 떠올랐다. 하지만 기존 판상 적층형 트랜지스터는 전극 구조로 인해 게이트 전기 신호가 채널 내부로 고르게 전달되지 않아, 채널의 길이가 짧아질수록 전류가 새어 나가거나 동작이 불안정해지는 심각한 문제가 있었다.
연구팀은 이 문제를 극복하기 위해 상·하부 두 개의 게이트가 서로 다른 방식으로 채널을 제어하는 '이중 변조 구조'를 제안했다. 이는 채널을 사이에 두고 위아래 전극이 마주 보는 샌드위치 형태로 전류가 흐르도록 설계한 획기적인 접근법이다.
이번에 개발된 기술은 고가의 초정밀 정렬 공정이나 높은 온도가 필요하지 않아, 넓은 면적이나 다층 적층 구조로 확장하기 매우 유리하다. 이는 향후 고집적 3D 반도체는 물론 차세대 저전력 로직 소자, 메모리, 구부러지는 플렉서블 전자기기 등 광범위한 산업 분야에 획기적인 발전을 가져올 것으로 전망된다.
장재은 교수는 "이번 연구는 나노스케일 채널에서도 안정적인 동작을 가능하게 하는 새로운 듀얼 게이트 설계 전략을 제시한 것"이라며, "기존 수직형 트랜지스터의 근본적인 한계를 극복함으로써, 차세대 저전력·고집적 3D 반도체 시대를 앞당길 중요한 해결책이 될 것으로 기대한다"고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단 'InnoCORE 사업'의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 관련 분야 최우수 국제 학술지인 'Advanced Science'에 온라인 게재됐다.
