속도 100배 빠른 그래핀 반도체 기술 개발

속도 100배 빠른 그래핀 반도체 기술 개발
카이스트 김형준 교수 연구팀

그래핀을 소재로 실리콘 반도체보다 속도가 휠씬 빠른 차세대 반도체 제작기술이 개발됐다.

카이스트(KAIST)는 EEWS 대학원 김형준(사진) 교수와 윌리엄 고더드 교수 공동연구팀이 그래핀의 효율을 높여 반도체를 개발할 수 있는 이론적 방법을 제시했다고 22일 밝혔다. 그래핀은 전자의 이동 속도가 실리콘보다 100배 이상 빨라 반도체 분야에서 ‘꿈의 신소재’로 주목받고 있다.

지금까지는 도체에서 부도체로 바뀌는 온오프 스위칭 효율이 낮아 실용화 소재로는 적용하기 어려웠다. 

최근 그래핀의 원자 구조를 바꾸는 방법으로 스위칭 조절 방법이 제시됐지만, 그래핀의 가장 큰 장점인 높은 전자 이동 속도가 급격히 떨어지는 한계에 부딪힌 상태다.

연구팀은 그래핀의 전자 이동 메커니즘이 빛의 전파 과정과 유사한 데 착안해 도체에서 부도체로 넘어가는 과정을 조절하는 게이트 전극을 톱니 모양으로 디자인해 이 같은 난제를 푸는 해법을 제시했다. 

톱니 모양의 게이트 전극을 그래핀에 삽입하면 전자가 흘러가다 게이트에 부딪혀 산란되면서 부도체로 변환돼 스위칭 효율을 100배 이상 높일 수 있다는 것이다. 그래핀의 원자 구조를 변형하지 않기 때문에 그래핀의 높은 전자 이동 특성을 그대로 활용할 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

김형준 교수는 “기존 실리콘 기반 반도체와 유사한 구조여서 현재의 반도체 제작 공정을 그대로 응용할 수 있는 장점도 있다”고 말했다.