- 양성자 빔 조사로 나노소자 논리회로의 구동전압 선택적 제어, Advanced Materials 저널 표지 논문으로 소개 -

□ 광주과학기술원(GIST, 원장 선우중호) 신소재공학과 이탁희 교수팀*은 양성자 빔으로 나노소자의 구동전압을 선택적으로 제어하여 "하이브리드형 상보성 나노소자 논리회로" 를 개발하는데 성공하였다.

   * GIST 조건호 박사과정(제1저자), GIST 커트 게클러 교수 연구팀, 영국 캠브리지 대학 마크 웰런드 교수 연구팀과 공동연구로 수행

  ○ 이번 연구는 양성자 빔 이용 기술이 의료, 입자물리, 및 우주과학기술 분야 외에도 나노전자소자 분야에서도 크게 활용될 수 있음을 보여주는 성공적인 사례로 평가된다.

  ○ 이번 연구결과는 세계적인 재료공학분야 국제학술지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials, Impact Factor: 8.191) 제 21권 제 21호에 2009년 6월 5일자로 게재될 예정이며, 이 저널의 표지논문(Front Cover Picture Article)으로 선정됐다.

      (웹사이트:http://www3.interscience.wiley.com/journal/10008336/home/cover/2009_21_21.html)

※ 양성자 빔을 이용한 나노전자소자의 제어 기술은 독창적이고 원천적인 핵심기술로서 논문 발표뿐만 아니라 08년 11월 28일에 특허 출원도 완료되었다.  

    <관련특허> 하이브리드형 나노소자 논리회로 및 그 제조 방법 [2008-0117857].

□ 기존 반도체 소자의 소형화·고집적화로 인해 발생하는 물리적·기술적인 한계를 극복하기 위해 나노소재를 이용한 전자소자 및 논리회로 개발에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

  ○ 특히, n형 반도체와 p형 반도체가 결합된 “상보형 금속 산화막 반도체(CMOS, Complementary metal oxide semiconductor)” 기술로서의 가능성을 타진하는 나노와이어 및 탄소나노튜브 논리회로 개발에 세계적인 관심과 연구가 활발히 이루어져 왔다.

□ 하지만, 이러한 나노소재를 이용할 경우 기존의 실리콘(Si) 반도체소자에 비해 전기적 특성을 제어하기 어려워 디지털 논리회로를 구현하기가 기술적으로 어려웠다.

  ○ 예를 들어, 논리회로를 구성하는 나노소재 트랜지스터의 구동전압(문턱전압, Threshold voltage)을 정확하게 제어하기 어려운 점으로 인해 올바른 논리소자의 작동에 큰 제약을 가져왔다.

  ○ 가령, 추가적인 소자(배터리 및 레벨 쉬프팅 소자)를 장착하여 구동전압을 조절할 수 있지만, 회로의 복잡성과 전력소모의 증가를 가져오기 때문에 나노전자소자를 이용한 고밀도 집적회로(Integrated Circuit, IC) 구현에 단점으로 작용하였다.

□ 이번 연구는 양성자 빔 기술로 논리회로를 구성하는 트랜지스터의 구동전압을 정확하게 제어하여 종래의 문제점을 해결하였다.

  ○ n형 반도체인 산화아연(ZnO) 나노와이어와 p형 반도체인 탄소나노튜브를 이용하여 제작한 하이브리드형 상보성 논리회로의 구동전압을 양성자 빔 조사를 통해 선택적으로 조절하여, 궁극적으로 인버터(Inverter), 노어(NOR), 낸드(NAND), 메모리(SRAM, Static random access memory) 등 고성능, 저전압 특성을 갖는 다양한 나노소자 논리회로를 개발하는데 성공하였다.

  ○ 특히, 별도의 상보성 도핑 공정과 추가적인 장치 없이 올바른 회로의 동작과 성능 향상 및 소비전력 감소를 위한 논리회로를 구현한 것이어서 차세대 반도체 소자기술로의 활용에 획기적인 개가로 평가받고 있다.

□ 본 연구는 교육과학기술부(장관 안병만) 거대과학기술개발의 일환으로 한국원자력연구원이 추진하고 있는 양성자기반공학기술개발사업의 지원을 받아 수행되었다.

<자료문의>   ☎ 02-2100-6743 핵융합지원팀장 나인광, 사무관 양이석

     ☎ 062-970-2313, GIST 신소재공학과 이탁희 교수