'누설전류' 잡는 반도체 스위치 소자 개발

이장식 POSTECH 교수팀, '은' 활용 마이크로 크기 소자 제작
이 교수 "차세대 메모리, 전력반도체, 시냅스 소자 연구 등에 적용 가능" 
 10억 배의 저항차이를 보이는 스위치 소자 구현.<자료=연구재단 제공> 10억 배의 저항차이를 보이는 스위치 소자 구현.<자료=연구재단 제공>

사용되지 않아도 버려지는 전류를 줄일 방법은 없을까? 

국내 연구진이 은(Ag)을 소재로 반도체 스위치 소자를 개발해 전력소모를 줄일 수 있는 가능성을 제시했다. 

한국연구재단(이사장 조무제)은 이장식 POSTECH 교수 연구팀이 전극 간의 전위차를 유도하는 전기화학증착법을 이용해 전류의 흐름을 끊거나 흐르게 할 수 있는 저항값이 10억 배 높아진 반도체 스위치 소자를 개발했다고 16일 밝혔다. 

현재 메모리 소자는 많은 양의 정보를 저장할 수 있는 집적도를 높이는데 한계가 있다. 차세대 저항 변화메모리(저항 차를 이용해 정보 저장)는 전원이 꺼지더라도 저장된 정보가 그대로 유지된다. 하지만 전력 소모가 많고 저장된 정보를 읽을 때 오류가 나타나는 단점이 있다. 

연구팀은 이에 물질 내에서 쉽고 빠르게 이동하는 '은(Ag)'을 활용해 스위치 소자를 개발했다. 반도체 소자의 안정성이 유지되도록 하는 '은'의 적정한 농도를 찾아, 전류가 거의 흐르지 않는 부도체 영역부터 전류가 아주 잘 흐르는 도체 영역까지 약 10억배의 저항 차이를 보이는 소자를 만들었다. 

이는 기존 약 1만배 정도의 차이를 보인 결과보다 크게 향상된 것이 연구팀의 설명이다. 저항값의 차이가 커질수록 반도체 소자의 전원을 켜고, 끌 수 있는 효율이 높아진다. 그만큼 전류의 흐름을 효과적으로 제어할 수 있어 전력소모를 크게 줄일 수 있게 된다고 연구팀은 밝혔다. 

이장식 교수는 "이번 연구를 바탕으로 대면적으로 균일하게 만들고 안정된 특성이 뒷받침된다면 휴대폰 등에 사용될 차세대 메모리, 많은 전류 공급이 필요한 전력반도체, 시냅스 소자 연구 등에 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 

이번 연구는 미래창조과학부 한국연구재단의 기초연구사업(개인연구), 원천기술개발사업(미래소재디스커버리사업)의 지원으로 수행됐으며, 연구성과는 네이처 자매지인 '엔피지 아시아 머티리얼즈 (NPG Asia Materials)' 지난달 24일자에 실렸다. 
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