3D 적층 반도체·플렉서블 전자기기 적용 가능성 기대

DGIST 장재은 교수(위), 표고은 박사(아래).(사진=대구경북과학기술원 제공)

  
DGIST 전기전자컴퓨터공학과 장재은 교수와 표고은 박사 연구팀이 2차원 나노스케일 채널에서도 전류 누설 없이 안정적으로 동작하는 ‘이중 변조 판상 적층형 트랜지스터’를 세계 최초로 개발했다.

최근 반도체 산업은 제한된 공간에 더 많은 소자를 집적해야 하는 요구로 물리적 한계에 직면하면서, 전류 채널을 수직으로 쌓는 ‘판상 적층형 트랜지스터’가 차세대 3D 반도체 대안으로 주목받고 있다. 하지만 기존 구조는 전극 배치 문제로 전류 누설과 동작 불안정 문제가 있었다.

연구팀은 채널을 사이에 두고 상·하부 전극이 마주 보는 ‘샌드위치 구조’와 두 개의 게이트가 채널을 각각 제어하는 ‘이중 변조 구조’를 적용해 이를 해결했다.

하부 전극에는 미세 구멍을 형성해 전기 신호 전달을 높이고, 상부 전극에는 Graphene을 적용해 전류 흐름을 정밀하게 제어했다.

그 결과 누설 전류를 10⁻¹²A 수준까지 낮추고 낮은 전압에서도 안정적인 출력 성능을 확보했다. 또 고가의 정밀 공정이나 고온 공정이 필요 없어 대면적 제작과 다층 적층 구조 확장에도 유리하다.

장재은 교수는 “이번 연구는 나노스케일 채널에서도 안정적인 동작을 가능하게 하는 새로운 듀얼 게이트 설계 전략”이라며 “차세대 저전력·고집적 3D 반도체 기술 발전에 중요한 기반이 될 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 국제 학술지 Advanced Science에 온라인 게재됐다.