교육과학기술부는 한국과학기술원(KAIST) 윤준보 교수팀이 기존 반도체 공정을 활용하여 1V 이하에서 동작 가능한 수 나노미터 수준의 기계식 나노집적소자 기술을 세계 최초로 개발했다고 발표했다. 

한국과학기술원(KAIST) 전기 및 전자공학과 윤준보 교수팀이 주도하고 나노종합팹센터에서 공동 개발한 이번 연구는 글로벌프론티어사업의 ‘스마트IT융합시스템연구단(단장 경종민)’의 지원으로 수행되었다. 

반도체 트랜지스터 소자는 대기상태에서도 전류(누설전류)가 흘러 전력이 소모되는 문제가 있는데, 최근에는 반도체의 집적도가 증가함에 따라 이로 인해 발생하는 열과 소비전력 문제가 더욱 심각해져 왔다.

이를 해결하기 위해 기계식 스위치에 대한 연구가 이루어져 왔으나 그동안 개발된 스위치들은 높은 동작전압(4~20V)으로 인해 통상 1V 이내에서 동작하는 저전력 전자기기에 활용하기 어려웠다.

낮은 전압으로 스위칭을 하기 위해 기계장치 사이 거리를 나노 수준으로 낮추면서 맞닿는 유효면적을 높이기 위한 시도를 계속해 왔으나 기계장치가 붙어버리는 표면력 문제로 인해 많은 어려움을 겪어왔다.

연구팀은 표면력 문제를 해결하기 위해 4nm거리를 움직이는 고리(pipe clip)모양의 독특한 구조를 제안하였고 스위치의 동작 전압을 0.4V까지 낮추는데 세계 최초로 성공하였다.

이번에 개발된 스위치는 누설전류가 0에 가까워 향후 전자기기의 배터리 사용량을 현재의 1%미만으로 줄일 수 있을 것으로 기대되며, 기계식으로 동작하여 고온이나 고방사선의 극한 환경용 전자기기 등에도 활용될 수 있을 것으로 보인다.

아울러 기존 반도체 공정을 그대로 활용하여 제작할 수 있어 고성능의 반도체와도 결합이 쉬울 뿐 아니라 상용화나 대량생산에도 유리한 특징을 가지고 있다.

윤준보 교수는 “이번에 개발한 기계식 나노집적소자는 전자회로에서 발생되는 누설전류를 원천적으로 제거할 뿐만 아니라 기존의 반도체 기술과도 호환 가능하다는 점에서, 초저전력 반도체시대를 앞당길 중요한 성과”라고 평가하였다.

이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 과학 학술지인 네이처 나노테크놀로지 온라인 판에 11월 25일 게재되었으며 2013년 1월호에 정식으로 발표될 예정이다.

<기사출처 | 교육과학기술부 보도자료>