그래핀 트랜지스터 의미와 효과

삼성전자 종합기술원이 개발해 18일 발표한 ‘그래핀 트랜지스터 구조’는 ‘꿈의 반도체’를 상용화하는 데 진일보한 연구결과로 평가된다. 기존 그래핀 연구에서는 전하량으로 조절하는 방식에 초점을 두고 ‘0과 1’을 제어하는 방법을 찾아 왔다. 이 과정에서 그래핀의 전류 이동 속도가 크게 줄어 반도체로서의 기능이 떨어지는 약점을 해결하지 못해 어려움을 겪었다.

●“지금 CPU는 286, 그래핀은 펜티엄급”

하지만 삼성전자는 ‘쇼키 장벽’을 통해 이러한 난제를 해결했다. 전압을 바꿔가면서 전류가 켜진 상태와 꺼진 상태에 필요한 전류량을 조절할 수 있게 한 것이다. 이를 통해 그래핀 고유의 성질을 그대로 유지하면서도 반도체로서의 역할을 할 수 있게 했다.

그래핀 트랜지스터가 상용화될 경우 향후 세계 정보기술(IT) 업계에 일대 혁명을 불러일으킬 전망이다. 그래핀을 이용한 반도체로 중앙처리장치(CPU)를 만들면 이론적으로는 지금보다 100배 이상 빠른 속도를 낼 수 있다. 박성준 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 “지금 CPU를 286 컴퓨터에 비유하면 그래핀 반도체 CPU는 펜티엄 컴퓨터로 보면 된다.”면서 “13~14년이 걸리는 연구 기간을 단번에 단축하는 효과를 낸다.”고 설명했다.

●나노 미세화 경쟁 벗어나

세계 반도체 업체들 역시 더 이상 나노 미세화 경쟁에 막대한 비용을 쏟아붓지 않아도 될 것으로 보인다.

실리콘 반도체의 경우 속도를 높이기 위해 전자가 움직이는 통로의 폭을 줄이는 미세화 공정이 필수다. 엄청난 기술과 비용이 들어가는 작업이다. 90나노에서 시작한 D램의 미세화 경쟁은 현재 20나노까지 도달했지만, 이후 공정의 성공 여부는 장담하기 어렵다. 공정이 미세해질수록 전류 누설 또한 심해지기 때문이다.

따라서 이번 연구는 세계 반도체 초박형 경쟁에 새로운 전환점이 될 수 있을 것으로 보인다.

류지영기자 superryu@seoul.co.kr

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●그래핀 흑연에서 추출해 낸 한 겹의 탄소 원자막으로, 원자들이 6각형 벌집 구조로 결합된 나노 소재다. 실리콘보다 100배 이상의 전류를 흘려보낼 수 있고, 구리보다 열 전도성이 10배 이상 우수하다. 강도는 강철의 200배에 이른다. 안드레 가임과 콘스탄틴 노보셀로프에 의해 발견됐고, 두 사람은 2010년 노벨물리학상을 받았다.