성균관대 연구팀-GIST 공동연구팀, 고성능 수직 트랜지스터 개발

(서울=뉴스1) 김재현 기자 = 성균관대는 나노과학기술원(SAINT) 강보석 교수 연구팀이 광주과학기술원(GIST) 김현호 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 차세대 반도체 소자인 수직 트랜지스터의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 새로운 구조를 개발했다고 13일 밝혔다.

트랜지스터는 전자기기의 동작 속도와 에너지 효율을 결정짓는 핵심 부품이며 작고 빠를수록 성능이 우수하다. 수직 트랜지스터는 2차원 소재를 활용해 원자 수준의 초소형 구조를 구현할 수 있어 차세대 소자로 주목받고 있다. 하지만 설계 구조상 일부 영역에서 불필요한 전류가 흘러 성능이 떨어지는 문제가 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 새로운 반도체 물질인 이셀레늄화몰리브덴(MoSe₂)을 채널로 도입했다. MoSe₂는 2차원 반도체 재료로, 전자 소자에 활용할 수 있는 물질이다. 이 물질은 특수 열처리 과정을 통해 전자의 흐름을 정밀하게 조절할 수 있도록 설계됐으며, 이를 통해 트랜지스터 내부에서 발생하는 누설전류를 획기적으로 억제하는 데 성공했다.

그 결과, 원자 4~5개 수준 두께의 매우 얇은 채널을 가진 수직 트랜지스터에서 최대 12만8000의 점멸비(on/off ratio)를 구현했다. 이는 트랜지스터가 켜진 상태와 꺼진 상태를 얼마나 명확하게 구분할 수 있는지를 나타내는 대표적 성능 지표로, 기존 수직 트랜지스터 대비 약 1000배 향상된 수치다.

강보석 교수는 "이번 연구는 수직 트랜지스터에서 오랫동안 해결되지 않았던 누설전류 문제를 근본적으로 해결한 사례"라며 "보다 작고 빠른 반도체 소자를 구현하기 위한 핵심 기술로, 향후 고집적화와 상용화 가능성에도 크게 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

한편 해당 연구는 산업통상자원부와 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행되었으며, 나노과학 분야의 세계적 권위지 'ACS Nano'에 게재됐다.

kjh7@news1.kr