2차원 소재 기반의 이중 플로팅 게이트 소자 구현…고밀도 데이터 정밀 제어 가능해 UNIST 신소재공학과 및 반도체 소재·부품 대학원 서준기 교수팀이 2차원 물질 기반의 뇌 기능을 정밀하게 모방할 수 있는 이중 플로팅 게이트(Double-floating-gate) 반도체 소자를 개발했다. 일반적으로 사용하는 컴퓨팅 시스템은 데이터의 ‘연산’과 ‘저장’이 독립적인 영역으로 구분돼 있어 동작 과정이 순차적으로 진행된다. 이러한 컴퓨팅 시스템은 데이터가 복잡해지고 회로당 소자의 수가 늘어남에 따라 높은 전력 소모와 느린 연산 속도를 유발한다. 반면, 인간의 뇌는 약 1000억 개의 뉴런 및 뉴런과 뉴런 사이에 존재하는 약 1000조 개의 시냅스가 병렬적으로 연결돼 있다. 뇌는 시냅스의 연결 강도에 의해 데이터의 ‘연산’과 ‘저장’ 기능이 통합돼 있어 약 20W 이하의 적은 전력으로도 고밀도의 복잡한 데이터를 처리할 수 있다. 최근 인공지능을 활용한 방대하고 복잡한 이미지를 처리하고 자연어 학습과 같은 기술이 급속하게 발전함에 따라 인간의 뇌를 모방한 시냅스 소자와 뉴로모픽 컴퓨팅(neuromorphic computing) 시스템의 필요성이 요구되고 있다. 인공 시
고집적·저전력·고신뢰성 바탕으로 높은 인식률 선보여 한국재료연구원은 배터리 핵심 소재 리튬이온으로 차세대 뉴로모픽 반도체 소자를 세계 최초로 구현했다고 8일 밝혔다. 뉴로모픽 반도체 소자는 인간 뇌를 모사해 전력 소모를 줄이면서 고효율로 인공지능을 수행하는 새로운 반도체 소자다. 재료연구원 나노표면재료연구본부 김용훈·권정대 박사 연구팀이 이 기술을 개발했다. 연구팀은 배터리 핵심 소재인 리튬이온을 수십 나노미터 수준에 불과한 아주 얇은 막으로 만들어 나노소재와 접목하는 방법으로 새로운 뉴로모픽 반도체 소자를 만들었다. 이 기술을 활용해 제작된 인공지능 반도체 소자는 고집적·저전력·고신뢰성을 가지면서도 다양한 손글씨 패턴의 의미를 96.77% 읽어낼 정도의 높은 인식률을 보였다고 재료연구원은 강조했다. 연구팀은 이번 연구 결과를 지능형 웨어러블 디바이스(착용 가능한 컴퓨터 기기) 분야에 적용하는 후속 연구를 진행 중이다. 한편, 세계적인 학술지 'ACS'에서 발행하는 'ACS AMI'는 지난해 11월 이 신기술을 게재했다. 헬로티 서재창 기자 |
GaN 소자 기술 협력으로 제품 개발과 세계 시장 확대 겨냥 알에프세미가 5일 캐나다 GaN Systems과 GaN(질화갈륨) 전력반도체 제품 개발과 시장 확대를 위한 MOU를 체결했다고 밝혔다. GaN Systems는 650V급 GaN 전력반도체 기술을 보유하고 있으며 이 분야에서 세계 선두 기업으로 시장을 주도하고 있다. 이번 협약은 알에프세미의 패키지 기술과 GaN Systems의 GaN 소자 기술 협력을 통한 제품 개발과 세계 시장 확대를 위한 것으로 보인다. 알에프세미는 전략반도체 패키지를 위해 최근 개발해 특허 등록한 '가변 적층형 방열판 패키지' 기술을 제품 개발에 적용할 예정이다. 이 기술은 기존 패키지 대비 열 방출이 뛰어나 고온에서도 안정적인 동작을 지원한다. 차세대 전력반도체로 주목받는 GaN 전력반도체는 실리콘에 질화갈륨을 입혀 제작돼 SiC(실리콘카바이드) 전력반도체 대비 가격 경쟁력을 가졌으며 사용 전압이 낮지만 고속 스위칭이 가능해 소형 가전에 주로 사용되고 있다. 1000V 이상 높은 전압에서 잘 견디는 SiC 전력반도체는 전기차 분야의 충전 및 모터구동 분야에서, 650V급에서 빠른 동작 속도를 갖는 GaN 전력반도체는 휴대폰,
반도체 활용에 적절한 밴드갭과 높은 전도성 가져…Chem 8월 30일자 발표 가볍고 잘 휘어지는 ‘유기 반도체’를 실제 반도체 소자에 응용할 가능성이 열렸다. 실리콘 같은 ‘무기 반도체’에 못 미치던 성능을 보완한 새로운 ‘2차원 유기 반도체 소재’가 합성된 덕분이다. UNIST 에너지화학공학과 백종범 교수팀은 ‘방향족 고리화 반응’을 통해 ‘HP-FAN 2차원 유기 고분자 구조체’를 합성했다. 이 물질은 반도체로 활용하기 적절한 ‘밴드갭(Band-gap)과 높은 점멸비(On/off), 전하이동도(Mobility)’를 가지고 있어 실제 반도체 소자로 활용이 가능할 전망이다. 현재 사용 중인 ‘실리콘 반도체(무기 반도체)’는 딱딱하고 무거워 ‘돌돌 말리는 디스플레이’나 ‘입는 전자기기’에 적용하는 데 한계가 있다. 이를 대체할 반도체 물질로 가볍고 유연하며 단단하고 전기가 잘 통하는 ‘그래핀’이 주목받았으나 그래핀의 밴드갭이 너무 작아 점멸비가 낮고 결국은 반도체 내에서 전류 흐름을 통제하기 어렵다는 문제가 있었다. 그래핀처럼 유연하고 가벼울 뿐 아니라 공정비용이 낮고 물성 조절이 쉬운 ‘유기 반도체’ 연구가 활발히 진행 중이지만, 유기 반도체 역시 소재 내부
대기전력 소모 0·6G 데이터 전송 속도 기준 만족 울산과학기술원(UNIST)은 전기는 덜 쓰면서 신호는 빠르고 정확하게 처리할 수 있는 6G 통신용 반도체 소자를 개발했다고 6일 밝혔다. UNIST에 따르면 전기전자공학과 김명수 교수는 미국, 프랑스, 이스라엘 연구진과 공동으로 저전력 초고속 아날로그 스위치를 개발했다. 아날로그 스위치는 무선 통신 전파를 골라내 전달하거나 차단하는 데 쓰는 반도체 소자다. 6G 통신으로 자율주행, AR·VR(증강·가상현실) 등 무선 환경을 지원하려면 통신 소자가 소비하는 전력을 줄여야 하는데, 기존 다이오드나 트랜지스터 기반 아날로그 스위치는 작동하지 않을 때도 대기 전력을 소모하는 문제가 있다. 공동연구진은 2차원 반도체 물질인 이황화몰리브덴을 이용해 대기 전력 소모가 0인 아날로그 스위치를 개발했다. 이 스위치는 테라헤르츠(㎔) 고주파 영역에서도 작동해 IEEE(미국 전기전자학회) 6G 통신의 데이터 전송 요구 속도인 초당 100기가비트(Gbit) 속도를 만족할 수 있다. 끊기지 않는 AR·VR을 구현하기 위한 복잡한 신호 변조 기술도 지원 가능하다. 실험에서는 480기가헤르츠(㎓)의 측정 범위까지 온(on) 상태에서
광전소재연구단 황도경 박사 공동연구팀 성과 국내 연구진이 2차원 반도체 소자의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 초박막 전극 신소재 개발에 성공했다. 한국과학기술연구원(KIST)은 광전소재연구단 황도경 박사, 군산대 물리학과 이기문 교수 공동 연구팀이 전기적 특성을 자유자재로 제어할 수 있는 2차원 반도체 기반 전자 소자를 구현하는 데 성공했다고 28일 밝혔다. 컴퓨터 프로세서의 필수 부품인 실리콘 기반 논리 소자는 미세화·집적화가 심화될수록 공정비용과 전력 소모가 증가하는 문제가 있다. 이를 극복하기 위해 초박막 2차원 반도체에 기반한 전자 소자 및 논리 소자 개발 연구가 최근 활발하게 진행되고 있지만 2차원 반도체의 전기적 특성을 제어하기가 어려워 다양한 논리 회로를 구현하는 데 한계가 있다. 연구팀은 새로운 초박막 전극 소재인 셀렌늄화주석(Cl-SnSe2)을 이용해 반도체 계면과의 결함을 최소화하고 N형과 P형 소자 특성을 자유자재로 제어해냈다. 연구팀은 새롭게 개발한 소자를 통해 NOR(노어), NAND(낸드) 등 서로 다른 논리 연산이 가능한 고성능·저전력 상보성 논리회로를 구현하는 데도 성공했다. 황 박사는 "기술적 한계로 실용화가 어려웠던 AI
실리콘 소자의 물리적 한계 극복 위한 차세대 소자 제조 기술 실리콘 반도체의 한계를 극복할 수 있는 소재로 주목받는 2차원 소재를 잉크 형태로 만들어 고성능, 저전력의 반도체 소자를 대면적으로 구현한 연구가 소개됐다. 한국연구재단은 강주훈 교수(성균관대학교) 연구팀이 다양한 광물의 원자층 사이사이에 분자를 침투시키는 방식으로 도체, 반도체, 부도체 특성을 갖는 2차원 소재 잉크를 합성하고, 이를 기반으로 웨이퍼단위의 다양한 반도체 소자를 블럭을 조립하듯 구현할 수 있는 방식을 개발했다고 밝혔다. 기존에는 수 나노미터 두께의 아주 얇은 2차원 소재를 얻기 위해 광물에 스카치테이프를 붙였다 떼어내는 방식이 주로 이용됐다. 하지만 균일한 박리효과를 기대할 수 없어 생산효율이 떨어지고, 형성된 2차원 소재의 면적이 수십, 수백 제곱 마이크로미터에 불과한 한계가 있었다. 연구팀은 잉크 형태의 용액공정으로 얇은 2차원 소재를 균일하게 합성할 수 있는 공정을 설계했다. 이를 통해 2차원 소재를 실제 반도체 산업에 적용하는데 장애물이었던 기존 박리공정의 소요시간과 소요비용 문제를 해결했다. 나아가 10센티미터 직경의 웨이퍼 위에 대면적화하는데 성공했다. 연구팀은 전기화학반
헬로티 이동재 기자 | 국내 연구진이 기존 반도체 소자의 소비전력 및 정보밀도를 획기적으로 개선할 수 있는 기술을 개발했다. 차세대 전자소자인 멤커패시터 및 멤컴퓨팅 시스템 개발에 기여할 것으로 기대된다. 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 이상한 교수 연구팀은 반도체의 기본 소재로 활용되는 페로브스카이트 재료의 격자 변형을 이용해 유전상수를 단계적으로 조절하는 데 성공했다. 유전상수는 재료의 고유한 성질이지만 유전체 재료에서 이러한 유전상수가 조절된다면, 메모리소자의 저장단계가 조절 가능하므로 기존 반도체 소자의 소비전력 및 정보밀도를 획기적으로 개선할 수 있다. 페로브스카이트(ABO3) 구조의 일부 유전재료에서 격자변형에 따라 상유전성에서 강유전성으로 상전이 될 수 있음이 최근 이론계산 논문들을 통해 보고됐다. 그 중에서도 SrMnO3 (SMO)는 격자 변형에 따라 강유전성뿐만 아니라 강자성으로의 다중상변이가 가능한 재료이며, 이러한 두 강성의 강력한 조합은 차세대 다중메모리소자로써 활용 가능성이 높은 재료로 각광받아 왔다. 그러나 기존의 선행연구들에서 이러한 재료를 실험적으로 구현했을 때, 격자 변형에 따른 큰 누설전류 및 구조적 결함 발생으로 인해
헬로티 이동재 기자 | 손상된 기능을 스스로 치유하는 초박막 반도체 소자가 소개됐다. 자가치유 특성을 통해 반도체 소자의 성능을 획기적으로 늘릴 단초가 될 것으로 기대된다. 한국연구재단은 차승남 교수(성균관대학교) 연구팀(박상연 박사, 제 1저자)이 장승훈 박사(한국화학연구원)와 홍승현 교수(국민대학교)와의 공동연구로 기존 금속전극 대신 2차원 황화구리 (CuS) 전극을 새로이 제안, 자가치유 특성을 갖는 2차원 이황화 몰리브덴(MoS2) 기반 전자소자를 제작해 소자의 성능을 크게 개선하는데 성공했다고 밝혔다. 2차원 반도체 소재는 유연성과 투명성 등으로 인해 차세대 반도체 소재로서 주목받고 있으나, 원자층 수준의 얇은 두께로 인해 반도체 소자 제작 공정에서 손상되기 쉽다. 특히 전극과 2차원 반도체 계면의 결함과 변칙성으로 인해 전자의 효과적인 이동이 어려워져 소자 특성이 크게 저하될 수 있다. 이에 연구팀은 2차원 반도체 소재 결함의 자가치유 성능을 지니는 전극-반도체 소재 시스템을 제안했다. 2차원 이황화 몰리브덴의 결함은 대부분 황 원자의 결핍에 의해 발생된다. 황화구리 전극은 소재 내에 존재하는 잉여 황 원자를 2차원 이황화 몰리브덴의 황 원자 결핍
헬로티 이동재 기자 | 국내 연구진이 먼지처럼 작은 수십 나노미터 크기부터 A4용지 크기까지 반도체 인쇄가 가능한 새로운 공정기법을 개발했다. 기존보다 최대 1만배 이상 빠르고 정확한 공정으로 반도체 소자 생산성을 획기적으로 늘릴 것으로 기대된다. DGIST 장경인 교수팀은 한국뇌연구원 라종철 교수팀과 한국생산기술연구원의 금호현 박사팀과 공동으로 반도체 및 소자 제작을 위한 새로운 전사인쇄(轉寫印刷) 공법을 최초 개발했다고 지난 12일 밝혔다. 최근 웨어러블 디바이스나 곡면 디스플레이 기술 등이 발전하면서 고도화된 반도체 소자 제작기법이 요구되고 있다. 이에 더욱 정확하고 신속한 전사인쇄 공법의 개발 필요성이 대두되고 있다. 전사인쇄는 서로 다른 기판에서 제작된 소자들을 새로운 기판으로 옮겨 통합시키는 반도체 제작의 필수 공정인데, 복잡한 전자 소자 제작 시 광범위하게 사용된다. 종래 사용된 습식 전사 인쇄 공법은 기판 위에 소자를 제작 후 부식액을 이용해 아래층을 녹여 없앤 후 새로운 기판으로 옮기는 방법이다. 하지만 기판의 층 면적이 큰 경우, 녹이는 데 시간이 오래 소모되는 점과 소자 모양의 왜곡 가능성 등 대량생산의 한계가 있었다. 이를 대체하기 위해
헬로티 조상록 기자 | KAIST는 전기및전자공학부 김상현 교수 연구팀이 모놀리식 3차원 집적의 장점을 극대화해 기존의 통신 소자의 단점을 극복하는 화합물 반도체 소자 집적 기술을 개발했다고 6월 14일 밝혔다. 모놀리식 3차원 집적은 하부 소자 공정 후, 상부의 박막층을 형성하고 상부 소자 공정을 순차적으로 진행함으로써 상하부 소자 간의 정렬도를 극대화할 수 있는 기술로 궁극적 3차원 집적 기술로 불린다. 반도체 소자에서 통신 신호, 양자 신호는 아날로그 형태의 신호다. 신호전달 과정에서 신호의 크기가 약해지거나 잡음이 생겨 신호의 왜곡이 생기기도 한다. 따라서 이러한 신호를 주고받을 때 고속으로 신호의 증폭이 필요한데 이러한 증폭 소자에서는 초고속, 고출력, 저전력, 저잡음 등의 특성이 매우 중요하다. 또한 통신 기술이 발전함에 따라 이를 구성하는 시스템은 점점 더 복잡해져 고집적 소자 제작기술이 매우 중요하다. 통신 소자는 통상적으로 두 가지 방식으로 구현된다. 실리콘(Si)을 사용해 집적도 높은 Si CMOS를 이용해 증폭 소자를 구현하는 방법과 III-V 화합물 반도체(주기율표 III족 원소와 V족 원소가 화합물을 이루고 있는 반도체)를 증폭 소자로
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UPDATE: 2024년 11월 23일 14시 13분
