100배 빠른 반도체, 그래핀은 무엇?

지금보다 속도가 100배 빠른 반도체를 만들 수 있는 길이 열렸다.

김형준·윌리엄 고다드 카이스트(KAIST) EEWS 대학원 교수는 그래핀을 이용해 트랜지스터의 온·오프 스위칭 효율을 극대화할 수 있는 방법을 찾았다고 22일 밝혔다.

손영우 고등과학원(KIAS) 교수와 장민석 미국 칼텍 박사, 해리 애트워터 교수가 공동 진행한 이 연구의 결과는 미국립과학원회보(PNAS) 13일자 온라인판에 소개됐다.

그래핀(Graphene)은 탄소를 얇게 펼친 소재로, 전자 이동속도가 실리콘에 비해 100배 이상 빠르기 때문에 반도체 소자로 응용하면 컴퓨터의 속도가 매우 빨라질 수 있다. 그러나 그래핀은 원자구조 특성 때문에 전기를 지나치게 잘 흘려, 전류를 흘리고 차단하는 효율이 매우 낮아 반도체 소재로 적용할 수 없었다.

카이스트 연구진은 그래핀 전자에 빛을 반사시키는 원리를 적용해 게이트 전극을 톱니 모양으로 디자인해 이 문제를 해결해냈다. 그래핀 전자 이동 메커니즘이 빛의 전파 과정과 유사하다는 사실에 착안한 것.

연구진은 이 방법으로 트랜지스터를 제작할 경우 스위칭 효율을 최고 100배 정도 높일 수 있음을 이론적으로 입증했다.

특히 이 기술은 그래핀의 원자 구조를 변형시키지 않기 때문에 그래핀의 높은 전자이동 특성을 그대로 사용할 수 있다. 기존 실리콘 기반 반도체와 구조가 비슷하기 때문에 현재 반도체 제작 공정을 그대로 응용할 수 있을 것으로 기대된다.