이장식 포항공대 교수 © News1

국내 연구진이 최근 각광받고 있는 차세대 반도체 메모리가 갖고 있는 불필요한 누설전류를 해결, 전력소모를 획기적으로 줄일 수 있는 기술을 개발했다.   한국연구재단은 포항공대 이장식 교수팀이 '은'을 소재로 나노미터(nm, 10억분의 1미터) 크기의 반도체 스위치 소자 개발에 성공했다고 16일 밝혔다.  

연구팀은 메모리 소자의 전력소모를 최소화하기 위해 전기화학증착법을 이용, 산화아연 물질에 적정량의 은을 첨가해 저항값이 10억배 높아진 반도체 스위치 소자를 제작했다.

전기화학증착법은 별도의 진공장비가 필요치 않아 제조단가가 낮고 대면적으로 비교적 간단하게 소자를 제작할 수 있는 장점이 있다.

연구팀이 실시한 스위치 소자의 동작 특성 평가결과, 소자에 전압이 가해졌을 때 일정 전압에서 저항이 10억 배 이상 급격하게 낮아졌으며, 전압이 제거 되었을 때 저항이 다시 10억 배 이상 높아지는 것으로 나타났다. 이는 은이 산화아연 내에서 쉽고 빠르게 이동할 수 있기 때문에 나타나는 현상으로 적정량의 은을 첨가함으로써 얻어진 특성이다. 저항값의 차이가 커질수록 반도체 소자의 전원을 켜고, 끌 수 있는 효율이 높아지고 전류의 흐름을 효과적으로 제어할 수 있어 전력소모를 크게 줄일 수 있게 된다는 것이 연구팀의 설명이다.  

이 교수는 “이번 연구는 은을 사용해 전류의 흐름을 제어하고, 효과적으로 누설전류를 줄일 수 있는 새로운 반도체 스위치 소자를 처음으로 개발한 것”이라며 “앞으로 휴대폰 등에 사용될 차세대 메모리, 많은 전류 공급이 필요한 전력반도체, 시냅스 소자 연구 등에 필요한 뉴로모픽 소자 등에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구성과는 네이처 자매지인 엔피지 아시아 머티리얼즈(NPG Asia Materials) 2월 24일자에 게재됐다.  

위 그림(좌측) 저항 차이가 10억배 이상 나타나는 소자의 전기적 특성. 위 그림(우측) 아주 낮은 전압의 변화만으로도 매우 높은 저항비가 나타날 수 있음을 보여준다. 아래 그림(좌측) 제작된 소자의 모식도. 아래 그림(우측) 산화아연 내에 은 이온의 위치를 보여준다.© News1

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