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KAIST, 그래핀의 스위칭 난제 해결법 제시
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승인 2013.05.22  09:00:19
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KAIST(총장 강성모)는 EEWS대학원 김형준 교수와 윌리엄 고다드 교수가 공동연구를 통해 그래핀을 이용한 트랜지스터의 온오프 스위칭 효율을 극대화할 수 있는 방법을 찾았다고 22일 밝혔다.

그래핀은 전자 이동속도가 실리콘에 비해 100배 높기 때문에 기존 실리콘을 대체할 차세대 반도체소재로 각광받고 있으나 원자구조 특성으로 도체(온) 상태와 부도체(오프) 상태를 오가는(스위칭) 효율이 매우 낮아 아직 반도체 소재로 적용이 불가능하다.

공동 연구팀은 이번 연구에서 그래핀의 전자 이동 메커니즘이 빛의 전파 과정과 유사함에 착안, 빛을 반사시키는 원리를 그래핀 전자에 적용해 게이트 전극을 톱니 모양으로 디자인했다.

톱니 모양의 게이트 전극은 전자가 흐러가는 중간에서 전자를 효과적으로 산란시켜 그래핀의 온오프 상태를 우수하게 유지시켜주며 특히 이 기술은 그래핀의 원자구조를 변형시키지 않기 때문에 그래핀의 높은 전자이동 특성도 그대로 유지할 수 있다.

김 교수팀을 이런 방식으로 트랜지스터를 제작할 경우 스위칭 효율을 최대 100배 정도 높일 수 있음을 이론적으로 입증했으며 향후 이를 실질적 시험으로 증명할 예정이다.

김형준 교수는 이번 연구에 대해 "기존 네모난 모형의 게이트 전극은 전자를 산란시키는 능력이 매우 떨어졌으나 톱니모양은 효율적으로 차단이 가능하다"며 "이론적으로 제안된 메커니즘을 실현한다면 그래핀을 활용한 차세대 컴퓨터 개발에 커다란 기여를 할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구에는 고등과학원(KIAS) 손영우 교수와 미국 캘리포니아 공과대학(Caltech) 장민석 박사, 해리 애트워터 교수도 동참했으며 연구 결과는 자연과학분야의 세계 학술지 미국립과학원회보(PNAS)' 온라인판에 지난 13일자로 게재됐다.

 

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