ⓒ우리 학교 홈페이지 캡처
4진법과 부성미분전달전도 특성 기반의 반도체 개발
반도체 고속화·소형화·저전력화 및 대용량 정보처리에 용이
지난달 26일 우리 학교 전자전기공학부 박진홍 교수 연구팀에서 차세대 초절전 4진법 반도체 소자를 개발했다. 기존 2진법 반도체의 문제점을 보완한 4진법 반도체는 미래 반도체 산업에 있어 핵심적인 기술이다. 특히 이번 연구에서 임지혜(전자전기 15) 학우는 대학원생이 아닌 학부 연구생 신분으로 실험 및 자료 분석 등 연구 과정 전반을 주도해 논문에 제1저자로 이름을 올려 더욱 주목을 받고 있다.
전기전도도에 따라 물질을 분류하면 △도체 △부도체 △반도체로 나눌 수 있다. 도체는 전기나 열을 잘 전달하는 물체로, 전도체라고도 한다. 부도체는 도체에 상반되는 용어로, 전기나 열을 잘 전달하지 못하는 물체이다. 도체와 부도체의 중간영역에 속하는 물체가 바로 반도체다. 순수한 상태에서 부도체와 비슷한 특성을 보이는 반도체는 외부작용으로 그 특성이 변하기도 한다. 반도체에 불순물을 첨가하면 전기전도도가 늘어나며, 빛·열에너지를 반도체에 가하면 일시적으로 전기전도성을 갖기도 한다.
기존의 ‘0’과 ‘1’ 두 종류의 숫자로 수를 나타내는 2진법 반도체는 전력 소모량 측면에서 기술적 한계에 다다랐다. 이에 반도체 업계는 이러한 문제를 해결하고 정보를 처리하는 시간을 단축하기 위해 힘써왔다. 이후 ‘0’, ‘1’, ‘2’의 숫자를 사용해서 2진법 반도체와 비교해 △고성능 △소형화 △초절전 등의 장점이 있는 3진법 반도체가 개발됐지만, 박 교수 연구팀은 더 나아가 4개의 논리 상태인 ‘0’, ‘1’, ‘2’, ‘3’을 사용하는 차세대 초절전 4진법 반도체 소자·회로를 개발했다. 이는 2진법에 비해 많은 숫자로 수를 나타내 대용량 정보를 처리하는 인공지능 소프트웨어가 원활한 수행을 할 수 있도록 지원한다.
연구팀은 △반금속성 소재인 그래핀 △2차원 반도체 물질인 이셀레늄화텅스텐 △반도체성 소재인 이황화텅스텐을 접합해 *부성미분전달전도 특성을 보이는 전자소자를 새롭게 제작해 4진법을 나타낼 수 있는 *인버터 회로 동작을 검증하는 데 성공했다. 이 기술은 4진법과 부성미분전달전도 특성을 활용해 미래 초절전 반도체 소자·회로 개발에 필수적인 역할을 할 것으로 기대된다. 4진법을 사용하는 회로는 기존 2진법 기반 회로와 비교해 소자 간 배선 및 소자의 수를 줄여 동일한 양의 정보처리 작업을 절반 이하의 소비전력으로 수행할 수 있다. 이 기술로 인해 반도체 칩의 △고속화 △소형화 △저전력화가 가능해질 것으로 예상된다. 또 대용량 정보를 처리하는 인공지능 응용제품에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
한편, 이 연구결과는 권위 있는 국제 학술지인 『어드밴스드 펑셔널 머트리얼즈(Advanced Functional Materials)지』에 지난달 26일 게재됐다.
*부성미분전달전도=통상적인 경우와 반대로 인가된 전압의 크기가 증가해도 전류가 오히려 감소하는 특이한 현상이다.
*인버터=직류를 교류로 바꾸는 역변환 장치이다.
일러스트 l 박기황 기자 rlghkd791@