▲ 스핀 트랜지스터의 구조와 소스 전극에서 주입된 스핀전자가 드레인 전극으로 이동하는 중 게이트 전압의 영향으로 세차운동을 하는 모습을 나타내는 개략도. |
KIST, 반도체 나노선 이용해 한계 극복
차세대 반도체 소재로 주목받고 있는 ‘반도체 나노선’을 이용한 스핀 트랜지스터가 개발됐다.
상온에서도 고효율로 스핀을 주입하고 검출 성능을 높일 수 있는 기술이다.
한국과학기술연구원(KIST)은 차세대반도체연구소 스핀융합연구단 박태언 박사 연구팀이 질화갈륨(GaN) 반도체 나노선을 이용해 상온에서 스핀 주입률이 10%이상 높고, 주입된 스핀전자가 1마이크로미터(㎛ㆍ100만분의 1m)이상을 이동해도 스핀정보의 큰 손실 없이 반도체 채널을 이동할 수 있음을 실험적으로 증명했다고 7일 밝혔다.
연구진은 반도체 나노선으로 형성된 서로 다른 결정면 방향을 이용해 스핀 주입신호를 제어하는 방법을 개발했다.
연구진은 이 요소기술을 결합하면 -200℃ 이하 저온에 머물러 있던 스핀 트랜지스터의 동작온도를 상온까지 끌어올릴 수 있어 실용화 가능성이 한층 커질 것으로 전망했다.
기존 실리콘(Si) 반도체가 전자의 전하(-)만을 이용할 수 있었지만, 스핀 트랜지스터는 전하와 동시에 스핀을 새롭게 이용해 전자소자를 구동하는 신개념 저전력 고성능 기술이다.
또 기존 트랜지스터보다 처리속도는 높고 발열량은 낮다.
장준연 KIST 박사는 “반도체 스핀 트랜지스터를 개발하는데 가장 중요한 요소인 동작온도를 획기적으로 개선할 수 있는 새로운 방법을 제시한 것”이라며 “저차원 나노소재를 활용한 새로운 기술은 스핀 트랜지스터의 동작온도 뿐만 아니라 소자성능, 집적도를 극적으로 높여 앞으로 스핀트로닉스 기술 발전에 기여할 것”이라고 밝혔다.
본 연구는 미래창조과학부 나노소재개발사업, KIST 기관고유사업, 국가과학기술연구회 창의융합연구사업으로 수행됐으며, 지난 2일 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션 (Nature Communications)’ 온라인판에 게재됐다. 최소망 기자somangchoi@
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