[대학저널 신효송 기자] 성균관대학교(총장 정규상) 전자전기공학부 소속 박진홍 교수(교신저자)와 심재우 박사과정 대학원생(제1저자)이 '0'과 '1' 만을 사용했던 기존 2진법 반도체 소자/회로 대비 처리속도는 올리고 소비전력은 줄일 수 있는 신개념 광(光) 응답형 3진법 반도체 소자/회로 기술을 개발했다.
3개 이상의 논리상태(0, 1, 2, 3 등)를 표현할 수 있는 다진법 논리소자 및 회로의 경우, 0과 1만을 사용하는 기존 2진법 논리시스템에 비해 소자 간 배선 및 소자의 수를 크게 줄일 수 있어 동일한 양의 정보처리 작업을 절반 이하의 소비전력으로 수행할 수 있다.
이러한 다진법 논리소자의 구현을 위해서는 다양한 종류의 이종접합구조체가 요구된다. 최근 많은 관심을 받고 있는 2차원 반데르발스 물질의 경우 불완전 결합과 같은 표면 결함이 거의 존재하지 않기 때문에 단순 적층공정을 통해 다진법 논리소자에 활용 가능한 다양한 이종접합구조체들을 쉽게 형성할 수 있다.
연구팀은 2차원 반데르발스 물질인 그래핀과 이셀레늄화텅스텐(WSe2)를 수직으로 쌓아 빛에 의해 유도되는 부성미분전달컨덕턴스(light-induced negative differential transconductance: L-NDT) 현상을 최초로 발견하고 이를 활용해 다진법 전자소자를 새롭게 제작했다. 개발된 부성미분전달컨덕턴스 특성소자는 빛을 조사했을 때 특정 전압 구간들에서 전압 증가에 따라 전류가 감소하는 특이한 특성을 보여 마치 여러 개의 문턱전압을 갖는 트랜지스터와 같았다.
또한 연구팀은 2차원 반데르발스 물질 기반 부성미분전달컨덕턴스 특성소자와 p형 트랜지스터를 집적해 2개의 소자만으로 3개의 안정적인 논리상태 (0, 1, 2)를 갖는 3진 인버터 회로를 구현하는데 성공했다.
박진홍 교수는 "이번 연구성과는 기존 2진법 기반 전자소자/회로의 패러다임을 뛰어넘어 소비전력을 줄이고 성능을 향상시킬 수 있는 신개념 광 응답형 3진법 소자/회로를 개발한 것"이라며 "이는 초연결사회 실현에 필수적인 전자기기의 고속화, 고집적화, 저전력화와 같은 요구사항을 만족시킬 수 있는 핵심원천기술이 될 것으로 기대한다"라고 말했다.
한편 본 연구는 삼성전자 미래기술육성센터의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 권위 있는 국제 학술지 ACS 나노(ACS Nano) 온라인 판(6월 13일)에 게재됐다.
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