[대학저널 황혜원 기자] 한국산업기술대학교 나노반도체공학과 안승언 교수연구팀의 연구 논문이 지난 4일 발행된 재료과학분야 저명 학술지 ‘Advanced Materials Interfaces’에 표지논문으로 게재됐다.
11일 한국산기대에 따르면 안 교수연구팀은 최근 학계와 산업계의 큰 관심을 받고 있는 강유전체의 분극반전 시 나타나는 음의 커패시턴스 현상을 직접적으로 관찰함과 동시에 저 전력 트랜지스터 응용을 위한 회로 관점의 동작 모델을 제시했다.
지금까지 초미세 반도체 공정기술의 발전으로 반도체 소자의 초고집적화가 가능해진 반면, 소자를 구동시키는데 필요한 전력은 반도체 소자의 크기가 작아져 효과적으로 감소하지 못했다. 단위면적당 소자의 수가 증가한 만큼 전력 소비와 발열이 기하급수적으로 증가하기 때문이다.
이에 따라 이는 빅데이터와 인공지능, 사물인터넷 기술의 지속적인 발전을 위해 필수적으로 필요한 저전력 반도체 소자 개발 과정에서 해결해야 할 과제로 여겨지고 있다.
안 교수연구팀은 이번 연구에서 트랜지스터 게이트 구조에 적용 가능한 하프늄 산화물 강유전체에서 분극 반전시에 필요한 보상 전하의 흐름을 인위적으로 제어해 음의 커패시턴스 현상을 재현했다. 또한 순간적으로 게이트 전압을 증폭시켜 저전력 반도체를 구현했다.
하프늄 산화물 강유전체는 나노스케일의 두께에서도 우수한 강유전성을 유지할 수 있으며, 기존 반도체 공정과 우수한 호환성을 가지고 있어 비휘발성 메모리 반도체와 초저전력 반도체 등에 응용 가능한 소재다.
안 교수는 “저전력 반도체 구현을 위한 음의 커패시턴스 효과를 인위적으로 제어할 수 있음을 실험적으로 증명함으로써 차세대 반도체 분야의 기술적, 학문적 도약에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.
한편 안단태 석사과정 학생이 함께 수행한 이번 연구 논문은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 중견 연구자 지원 사업으로 수행됐다.
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