KAIST 나노팹센터, 초저전력 나노소자 개발

‘누설전류’ 원천적 차단…차세대 신기술

기존의 반도체 소자 제조방식을 대체할 새로운 초저전력 나노집적소자가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

KAIST(총장 서남표) 전기 및 전자공학과 윤준보 교수팀과 나노종합팹센터(소장 이희철)는 공동연구를 통해 최근 초저가, 초저전력, 초저탄소 CPU(중앙처리장치)를 구현할 수 있는 '20㎚갭 기계식 나노집적소자'의 원천기술을 개발하는 데 성공했다고 6일 밝혔다.

기계식 나노집적소자란 반도체 공정을 이용해 만든 나노(10억분의 1) 크기의 기계장치다.

윤 교수팀은 나노종합팹센터의 첨단 장비와 나노전자기계기술(NEMS)을 적용해 트랜지스터와 동일한 구실을 하면서도 전기가 흘러야 할 곳으로 흐르지 않고 새어서 흐르는 '누설전류'를 원천적으로 차단하는 나노집적소자를 개발했다.

윤 교수는 "기존 생산라인을 교체하지 않고 바로 이 소자를 적용해도 될 만큼 양산 호환성이 뛰어나다"며 "기존의 반도체를 만들던 단결정 실리콘의 10분의 1 가격으로 유리기판이나 휘어지는 플라스틱 기판에서도 전류를 끄고 켤 수 있는 전자스위치 소자를 만들 수 있다"고 설명했다.

이 기술은 질화티타늄으로 만든 3차원 나노구조물의 기계적인 움직임을 20㎚급으로 제어할 수 있는 3단자 나노전자기계스위칭 소자로, 20㎚는 현재 나와있는 구조물의 스위칭 거리 중 가장 짧다.

나노집적소자를 CPU에 적용하면 전원을 끈 상태에서도 전기 제품에서 소비되는 전력인 '대기전력'이 1W 미만인 CPU 개발이 가능해 질 것으로 연구팀은 기대하고 있다.

윤 교수는 "나노집적소자를 적용할 때 얻을 수 있는 에너지절감 효과는 2010년 1천210억원, 2020년 7천480억원에 이르고 각각 53만과 329만t의 이산화탄소 배출량을 억제할 수 있을 것으로 보인다"며 "전체 반도체시장의 0.1%만 대체하더라도 2015년 시장규모가 3천600억원에 이를 것으로 전망된다"고 말했다.

그는 또 "우주항공 장비와 통신용 소자, 바이오소자 응용 등 관련 산업에 미치는 파급 효과까지 고려하면 경제적 부가가치는 매우 클 것"이라고 덧붙였다.

이번 연구결과는 오는 7일 미국 볼티모어에서 개막되는 국제 학술회의인 '국제전자소자회의(IEDM)'에서 발표될 예정이다.

나노종합팹센터 이희철 소장은 "나노전자기계 소자를 이용한 집적회로 기술은 지난해 세계반도체협회의 로드맵에 등재될 정도로 차세대 신기술"이라며 "이번 기술 개발이 반도체 이후의 소자를 개발할 수 있는 기술력을 선점하는 중요한 디딤돌이 될 것"이라고 말했다.

(대전=연합뉴스)