3차원 구조의 탄소나노튜브 전자소자의 모식도 및 실제 SEM 이미지.한국전자통신연구원 제공
한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 최양규 교수팀이 국민대 최성진 교수와 함께 탄소나노튜브를 쌓는 3차원 핀(Fin) 게이트 구조를 이용한 대면적 탄소나노튜브 반도체를 개발했다고 4일 밝혔다.
탄소나노튜브 반도체는 실리콘 반도체보다 저전력이며 빠르게 동작한다. 그러나 탄소나노튜브 반도체의 정제가 어렵고 밀도가 높지 않아 성능에 한계가 있었다.
연구팀은 3차원 핀 게이트를 이용해 탄소나노튜브를 위로 증착하는 방식을 사용했다.
3차원 핀 구조는 1마이크로미터(㎛) 당 600개의 탄소나노튜브 증착이 가능해 약 30개 정도만을 증착할 수 있는 2차원 구조에 비해 20배 이상의 탄소나노튜브를 쌓을 수 있다.
또한 이전 연구로 개발된 99.9% 이상의 높은 순도를 갖는 반도체성 탄소나노튜브를 이용해 고수율의 반도체를 확보했다.
개발된 반도체는 50나노미터(nm) 이하의 폭에서도 높은 전류밀도를 가져 실리콘 기반의 반도체보다 5배 이상 빠르면서 5배 낮은 소비 전력으로 동작 가능할 것으로 예상된다.
또한 기존의 실리콘 기반 반도체에 쓰이는 공정 장비로도 제작 및 호환이 가능해 상용화에 용이하다.
제 1저자인 이동일 연구원은 “차세대 반도체로서 탄소나노튜브 반도체의 성능 개선과 더불어 실효성 또한 높아질 것”이라며 “실리콘 기반 반도체를 10년 내로 대체하길 기대한다”고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 12월27일 자에 게재됐다.
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