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삼성전자, 사이언스誌 통해 새로운 그래핀 소자 구조 제시

2012.05.18 13:23


삼성전자 종합기술원이 '꿈의 신소재'인 그래핀을 활용하여 새로운 트랜지스터 구조를 개발하는데 성공했습니다.

 

이는 기존 실리콘의 한계를 극복하고 미래 트랜지스터 개발의 가능성을 한단계 높인 것으로 평가되는데요, 관련 내용이 세계적 권위의 학술지인 사이언스誌 온라인판에 미국 현지 시간 17일자로 게재되었습니다.

(☞사이언스誌 기사 바로가기)


 


■ '꿈의 신소재' 그래핀, 새로운 트랜지스터  구조 제시

 

반도체에는 실리콘(Si) 소재의 트랜지스터가 수십억 개씩 들어 있고, 반도체 성능을 높이려면 트랜지스터의 크기를 줄여 전자의 이동 거리를 좁히거나 전자의 이동도가 더 높은 소재를 사용해 전자가 빠르게 움직이게 해야 합니다.

 

이에 따라 높은 전자 이동도를 갖고 있는 그래핀은 실리콘을 대체할 물질로 각광받아 왔으나, 그래핀이 금속성을 지니고 있어 전류를 차단할 수 없다는 점이 문제점으로 지적되어 왔습니다. 

 

트랜지스터에서는 전류의 흐름과 차단으로 디지털 신호인 '0과 1'을 나타내므로 그래핀을 실리콘 대신 사용하기 위해서는 반도체화 하는 과정을 거쳐야만 합니다. 그러나 이 과정에서 그래핀의 이동도가 급감하므로 그래핀 트랜지스터에 대한 회의적인 시각이 많았었죠.

 

즉, 그래핀소자에 대한 연구를 마라톤에 비유한다면 골인 지점은 있는데 코스는 없던 상황이었습니다. 그런데 삼성전자 종합기술원이 그 코스의 방향을 찾아 제시한 것입니다.

 

 

■ 실리콘(Si) 한계 극복, 미래 트랜지스터 개발 가능성 높여

 


삼성전자 종합기술원은 새로운 동작원리를 적용하여 그래핀 자체를 변화시키지 않으면서 전류를 차단할 수 있는 소자를 개발하는 데 성공하였습니다. 

 

즉, 그래핀과 실리콘을 접합하여 쇼키 장벽(Schottky Barrier)을 만들고 이 장벽의 높이를 조절하는 방법으로 전류를 켜고 끌 수 있게 된 것입니다.

 

그래핀 트랜지스터 구조

 

장벽(Barrier)를 직접 조절한다는 의미에서 삼성전자는 새로운 소자를 ‘배리스터(Barristor)'로 이름지었습니다.

또한 디지털 신호인 '0' 또는 '1' 을 상호 변환하는 가장 기본적인 회로인 인버터 등을 제작하여 기본 연산(덧셈)을 구현했습니다.

 

이번 논문을 통해 삼성전자는 그래핀 소자 연구의 최대 난제를 해결함으로써 추후 연구에 새로운 방향을 제시했고 관련 분야를 선도할 수 있는 기반을 구축한 것으로 평가되고 있습니다.

 

이뿐만 아니라 현재 삼성전자 기술원은 그래핀 트랜지스터의 동작방식과 구조와 관련한 핵심 특허 9건을 확보하고 있는데요, 삼성전자는 이에 안주하지 않고 앞으로도 세계 반도체 기술을 선도할 수 있도록 최선의 노력을 기울일 것입니다.

 

 

 ■ 쇼키 장벽(Schottky Barrier)

    독일 물리학자인 쇼키가 발견한 금속과 반도체가 만나는 접합에서 생기는 에너지 장벽으로 전하가 금속에서

     실리콘으로 흐르는 것을 방해하는 역할을 함. 일반적인 금속-반도체 접합의 경우 일함수(Work Function)와

     쇼키 장벽의 높이가 고정되지만 그래핀의 경우 일함수 조절을 통해 쇼키 장벽을 조절할 수 있음

 

 ■ 일함수(Work Function)

    물질에서 전자 하나를 빼내는 데 필요한 최소 에너지 

 

 

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