부팅 필요 없는 컴퓨터 상용화 성큼 'Spin transistor’

 차세대 반도체 기술 상용화

‘스핀 트랜지스터 상온 작동 기반기술 개발

장준연 한국과학기술연구원(KIST) 차세대반도체연구소장 팀

   사용자 편의성을 더해 줄 차세대 반도체 기술의 상용화가 가까워졌다. 국내 연구진이 차세대 반도체 소자로 각광받는 ‘스핀 트랜지스터’를 상온에서 작동하게 하는 기반기술을 개발했다.

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장준연 한국과학기술연구원(KIST) 차세대반도체연구소장 팀은 기존 영하 200도의 저온에서 구동되던 스핀 트랜지스터 기술을 상온에서 구현하는 데 성공했다고 7일 밝혔다.

 

트랜지스터는 반도체 소자의 핵심 요소로, 전기 신호를 증폭하거나 전달하는 ‘스위치’ 역할을 한다. 스핀 트랜지스터는 현재 쓰이는 트랜지스터와 달리 지구의 자전처럼 자성을 이용해 전자를 회전시켜 신호를 만든다.

 

기존 반도체는 전자의 흐름을 이용해 0과 1의 신호를 구분한다. 반면, 스핀 기술을 활용하면 전자의 회전 방향만으로 신호를 만들 수 있다. 시계 방향으로 회전하면 0, 반시계 방향으로 회전하면 1을 나타내는 식이다. 많은 전류를 흘렸다가 순간 차단해야 하는 기존 기술과 달리 소자의 회전 방향만 제어해도 되기 때문에 전력 소모와 발열을 크게 줄일 수 있다.

 

KIST 연구진은 2009년 세계 최초로 스핀 트랜지스터의 가능성을 제시한 데 이어, 최근 CPU처럼 복잡한 연산을 할 수 있는 논리소자 구현에도 성공했다. 하지만 스핀 트랜지스터가 영하 200도 이하 저온에서만 동작한다는 점이 상용화의 걸림돌이 됐다.

 

연구진은 질화갈륨(GaN) 반도체 나노선 소재를 적용해 이 문제를 해결했다. 이 소재를 쓰면 상온에서도 10% 높은 스핀을 주입할 수 있어 동작 온도의 한계를 극복할 수 있음을 실험적으로 증명했다.

 

장 소장은 “반도체 스핀 트랜지스터 개발의 가장 중요한 요소인 동작온도를 획기적으로 개선할 방법을 제시한 것”이라며 “한계에 다다른 반도체 소자의 성능과 집적도를 극적으로 높이는 데도 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

 

이 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 2일자 온라인 판에 실렸다.

권예슬 기자 yskwon@donga.com 동아사이언스

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