[파이낸셜뉴스] 한국원자력연구원과 한국재료연구원이 공동 연구를 통해 방사선이 터널링 효과를 만들어내 반도체의 전기적 성질을 바꿔 고장을 일으킨다는 것을 밝혀냈다. 즉 방사선으로 인한 반도체 고장 원인은 소자 자체의 변화가 아니라 반도체 내부의 경계면과 제작공정에서 발생한 공기층이 연계돼 발생할 수 있음을 밝혀낸 것이다. 이는 인공위성이나 우주선용 반도체 개발을 위한 중요한 정보를 제공한 것으로 평가받고 있다. 원자력연구원 방사선융합연구부 강창구 박사는 25일 "방사선 영향평가 분석시스템의 고도화를 통해 나노소재 기반 반도체 소자가 방사선을 견디는 특성을 개선하고, 다양한 회로 수준에서 내방사선 반도체 연구를 수행할 계획"이라고 말했다. 강창구 박사팀과 재료연구원 김용훈 박사팀은 먼저 2차원 나노소재인 이황화몰리브덴을 활용해 트랜지스터를 제작했다. 이 트랜지스터는 실리콘 기판 위에 전자를 차단하는 절연체와 반도체 물질인 이황화몰리브덴을 층으로 쌓고 전극으로 연결해 전기신호를 처리하는 반도체 소자다. 이후 트랜지스터에 동위원소인 코발트60에서 나오는 감마선을 쪼여 특성을 분석했다. 그 결과, 감마선 조사량이 증가할수록 기존 실리콘 소재와 달리 트랜지스터에 전류가 흐르기 위한 최소한의 전압인 문턱전압이 높아짐과 동시에 전류가 소폭 감소해 반도체에 오류를 일으킬 수 있는 특이 현상이 나타났다. 이 현상은 이황화몰리브덴에 감마선을 쬐면 전자가 비정상적으로 빠져나와 절연체와의 경계면과 공기층으로 들어가는 전자 터널링 현상이 일어난 것이 원인이었다. 또한, 감마선 조사량이 증가할수록 더 많은 전자 터널링 현상이 일어남을 확인했다. 원자력연구원 정병엽 첨단방사선연구소장은 "나노소재를 이용한 내방사선 반도체 기술 개발은 아직 초기 단계"라며, "방사선으로 인해 화학적, 물리적 성질이 나빠지는 열화현상의 근본적 원인을 밝힐 수 있도록 노력하겠다"고 말했다. 한편, 이번에 밝혀낸 연구결과는 국제학술지 '나노머티리얼즈(Nanomaterials)' 8월호 표지논문으로 선정됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST)에서 우주나 극한의 환경에 쓰이는 전자제품에 쓰일 초소형 나노 진공관 트랜지스터를 개발했다. 영하 173도~영상 120도 견뎌 이 진공관 트랜지스터는 10억분의 1m 크기로 초소형화 했다. 특히 영하 173도에서 영상 120도까지 견뎌내고, X선과 자외선이 많은 우주공간에서도 사용할 수 있게 만들었다. 극한의 외부 환경에 영향을 받지 않고 안정적으로 동작하는 초소형 나노 진공관 트랜지스터는 향후 항공우주, 인공지능, 6G 통신, 자율주행 자동차 등 다양한 분야의 획기적인 발전에 기여할 수 있을 것으로 보인다. DGIST 장재은 교수는 "이번 연구를 통해 개발된 초소형 나노 진공관 트랜지스터는 진공 소자 실용화의 장벽을 낮출 수 있는 새로운 기술"이라며 "기존 반도체 기술의 대체 뿐만아니라 미국 항공우주국(NASA)에서도 연구하고 있어, 최근 떠오르고 있는 항공우주 분야와 광범위한 차세대 전자 소자에 중요한 해결책이 될 수 있을 것"이라고 말했다. 7일 DGIST에 따르면, 연구진은 과거 진공관의 원리와 현대 반도체 생산 기술을 결합해 나노 진공관 트랜지스터를 만들었다. 실리콘 기반의 반도체 트랜지스터의 근본적인 문제를 해결하기 위해서 비어있는 상태인 진공을 채널로 이용했다. 또 양자역학적 터널링 현상을 동작 원리로 채용했다. 10억분의 1m 사이즈 초소형화 이 진공관 트랜지스터는 나노 공정 기술을 적용해 진공 소자를 약 10억분의 1m 사이즈로 초소형화했다. 또한, 진공 상태에서만 동작하는 진공 트랜지스터의 한계를 극복하기 위한 진공 보호막 형성 기술을 개발해 약 100경분의 1L로 부피를 극소화한 초소형 진공관 개발해 트랜지스터를 안정적으로 사용할 수 있도록 설계했다. 테스트 결과, 이 초소형 진공관은 대기압 상태에서 안정적으로 작동하는 높은 품질의 진공도를 15개월 이상 유지했다. 알루미늄 박막 밀봉층을 가지는 진공 챔버는 가시광선, 자외선 등 노출된 빛을 효과적으로 차단해 진공 터널링 트랜지스터가 안정적으로 작동했다. 특히 영하 173도 ~ 영상 120도의 넓은 온도 범위 및 X선, 자외선 등 극한의 외부 환경 변화에도 안정적으로 작동했다. 연구진은 "이 장치가 접합된 나노 진공 트랜지스터가 특수한 장치 없이 다양한 극한 조건에서 작동했다"고 설명했다. 이어 "기존의 CMOS 반도체 공정과 호환성이 높고 간단한 방식으로 제작 될 수 있어 기존 반도체 기술의 문제를 해결할 수 있는 새로운 대안이 될 수 있다"고 덧붙였다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스]국내 차세대 네트워크 솔루션 기업인 스텔스솔루션이 글로벌 진출에 본격 나섰다. 이미 스텔스솔루션은 지난 3월 바르셀로나에서 열린 ‘MWC 2023’과 4월 미국 샌프란시스코에서 열린 ‘RSA 2023’에서 스텔스MTD(Moving Target Defense)기술 및 제품을 소개해 호평을 받았다. 특히 작년에 이어 두번째 참석한 ‘RSA 2023’에서는 글로벌 기업 아마존, MS, 에릭슨,블랙베리 등으로부터 자사 기술에 대한 협업 제의 및 투자 제의를 받았다. 23일 스텔스솔루션에 따르면 국내에선 MTD기반으로 공군과 사이버 보안관련 시범 사업을 지난 1년간 운영하여 성공리에 마쳤으며, 올해 육군과는 사이버 전장망 프로젝트를 진행 중이다. 스텔스솔루션이 개발한 차세대 통합 보안 플랫폼 스텔스MTD기술은 산업통상자원부의 신기술(New Excellent Technology•NET) 인증을 받았다. 스텔스MTD기술은 이동표적방어 기반의 서버보호기술로, 기존의 정적인 네트워크 환경에서 보호 대상의 주요 속성을 능동적으로 변화시켜 각종 사이버 공격을 사전에 차단하는 전략으로 개발됐다. 서버의 IP 주소와 포트 번호를 사용자가 설정한 주기(최대 1초)동안 무작위로, 중복 없이, 지속적으로 변경시켜 서버를 네트워크에서 보이지 않게 만들어 보안을 강화할 수 있다. 또한 제로 트러스트(zero trust) 기반의 서버 추적 및 인증 정책으로 인증이 완료된 경우에만 서버에 접속할 수 있다. 이에 따라 △해킹공격 원천 차단 △망분리 및 연계효과 △디도스 방어 △다중경로 VPN 터널링 효과 등을 기대할 수 있다. 스텔스솔루션 왕효근 대표는 “인공지능, 자율주행 등 기술이 발전하며 사이버 공격 또한 고도화되고 있어 보안 기술에 대한 관심이 높아지고 있으며 특히 해외 글로벌기업으로부터 러브콜을 받고 있다”면서 “기존과는 다른 능동적이고 공격적인 방어 기술인 만큼 미래 기술 보안의 핵심으로 자리잡을 수 있는 기술이 될 것”이라고 말했다. courage@fnnews.com 전용기 기자

【파이낸셜뉴스 울산=최수상 기자】 울산대학교 반도체학과 김정대 교수 연구팀은 13일 바일준금속(Weyl semimetal)의 전자구조를 제어할 수 있는 양자소자 개발과 관련해 신물질을 합성하는 데 성공했다고 밝혔다.  독일의 물리학자 헤르만 바일(Hermann Weyl)이 제안한 바일준금속은 독특한 위상성질을 가지고 있어 해당 금속에 전압을 걸어주면 전자가 이동하는 통로가 형성돼 이 통로에서는 저항을 받지 않고 전류가 흐를 수 있다. 이러한 특성은 향후 에너지 손실을 최소화하는 양자소자를 개발하는 데 활용될 수 있다. 양자소자는 다양한 양자 효과들을 능동적으로 활용할 수 있는 새로운 개념의 미래 소자를 일컫는다. 연구팀은 제1원리계산 기법을 통해 바일준금속의 응용성을 높일 수 있는 전자구조 제어 가능성을 예측했다. 이에 대한 실험적 검증을 위해 바일준금속 물질인 니켈칼코겐화합물(NiTe2)에 셀레늄(Se)을 치환해 니켈칼코겐화합물합금(NiTe2-xSex)이라는 신물질 합성에 성공했다. 주사터널링현미경과 각도분해능광전자분광법 분석기법으로 직접 합성한 니켈칼코겐화합물합금에서 셀레늄 원소의 양에 비례해 전자구조 제어가 가능하다는 것을 보임으로써 반도체에서 도핑과 같은 효과가 발생함을 확인했다. 연구팀은 “이번 연구로 개발한 바일준금속 신물질을 통해 전자구조를 목적에 맞게 조절할 수 있는 새로운 방법을 제시한 것”이라며 “연구 결과는 전력 손실이 없는 양자전자소자 분야에 응용될 수 있다”라고 기대했다. 연구 결과는 미국화학회에서 발간하는 나노분야 최상위급 국제학술지인 <에이씨에스 나노(ACS Nano, Impact factor: 18.027)>에 게재됐다. 이번 연구에는 부산대학교 물리학과 이재광 교수 연구팀, 서울시립대학교 물리학과 및 스마트시티학과 장영준 교수 연구팀, 울산과학대학교 황영훈 교수 연구팀이 공동 참여했다. 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기본연구자지원사업.중견연구자지원사업.대학중점연구소지원사업.해외대형연구시설활용연구지원사업.학운후속세대지원사업 및 산업통상자원부의 지원을 통해 수행됐다. 한편 울산대학교 반도체학과 신설 학과로 2023학년도부터 새롭게 운영된다. ulsan@fnnews.com 최수상 기자

[파이낸셜뉴스] 가상자산 거래소 빗썸이 가상자산 수탁 서비스 전문 자회사 볼트러스트를 통해 오는 25일부터 기업 대상의 가상자산 수탁 및 보관 서비스인 '빗썸 커스터디'를 시작한다고 23일 밝혔다. 볼트러스트는 지난해 초 빗썸코리아 사내벤처로 설립돼 같은해 4월 독립법인으로 분사했다. 빗썸 커스터디는 내년 3월 시행되는 개정 특금법(특정 금융거래정보의 보고 및 이용 등에 관한 법률)에 따른 가상자산 제도화로 기업들의 가상자산 커스터디(수탁) 수요가 증가함에 따라 B2B(기업간) 거래 서비스를 가장 먼저 출시했다. 향후 수탁서비스를 기반으로 탈중앙금융(디파이, De-Fi) 등을 활용한 수익창출, 세무관리 등 통합 가상자산 서비스를 제공할 계획이다. 빗썸 커스터디는 가상자산을 안전하게 보관하고, 통제된 절차를 통해 전송하는 것을 원칙으로 하고 있다. 안전한 가상자산 관리를 위해 △암호화 키 매니지먼트 솔루션(KMS) △멀티시그(Multi-signature, 다중 서명) 기술 적용 △다중 인증체계 지원(Grade A~D단계) △고객신원확인(KYC)·자금세탁방지(AML) 적용 등 보안 시스템을 구축했다. 빗썸 커스터디는 기업 내부 횡령 등을 사전에 차단하기 위해 국내 최초로 다중 인증체계를 통한 가상자산 입출금 시스템을 도입했다. 현재 출시된 대부분의 가상자산 수탁 서비스는 단독 승인이나 멀티시그 방식으로 권한을 가진 다수 중 최소 허용값 이상의 자연인의 승인으로만 입출금이 가능한데, 빗썸 커스터디는 A, B, C, D 단계별로 자금을 관리하는 최소 인원을 1~4명까지 지정해 고객이 직접 보안강도를 정할 수 있다는 강점이 있다. 일례로 D등급의 다중 인증체계에선 4명의 다른 자연인의 순차적인 인증과 합의에 의해서만 자금관리가 가능하다.  또 빗썸 커스터디엔 볼트러스트에서 자체 개발한 ‘비접속식 터널링 기반 프로토콜 통신’ 기술이 적용됐다. 이 기술은 온라인에서 100% 차단된 상태로 24시간 실시간 운영 가능한 콜드월렛으로, 기존 핫월렛의 기술적 취약성과 해킹 위험, 콜드월렛의 낮은 사용성을 모두 개선한 기술이다. 볼트러스트는 해당 기술을 특허 출원해 현재 심사 중에 있다. 빗썸 커스터디를 이용하는 기업은 내부 횡령 방지와 투명한 자산 관리를 통해 시장의 신뢰를 얻을 수 있다는 설명이다. 가상자산 거래소 역시 외부 커스터디를 통한 고도화된 보안시스템 도입 효과 및 블록체인 지갑 개발, 운영비용 부담을 덜 수 있을 것으로 기대된다. 빗썸 커스터디는 향후 수탁서비스를 기본으로 다양한 부가서비스도 마련할 계획이다. 기업 고객을 대상으로 스마트 컨트랙트(조건부자동계약체결) 검수 및 기술 컨설팅을 연계한 기술 인증 서비스를 제공하고, 가상자산의 안전한 보관 외에도 부가 수익을 창출할 수 있는 스테이킹(예치이자) 서비스 등 크립토 파이낸스를 접목할 방침이다. 이밖에 프라임 브로커리지, 가상자산 세무대행 등 통합 서비스도 지원한다. 빗썸 커스터디는 우선 비트코인(BTC), 이더리움(ETH), 이더리움 기반(ERC-20) 토큰을 지원한다. 이후 블록체인 커뮤니티 서비스인 네스트리(EGG)를 시작으로 보라(BORA) 등 빗썸 커스터디 서비스 출시 전 사전계약을 마친 국내 블록체인 프로젝트들을 순차적으로 지원할 계획이다. 볼트러스트 신민철 대표는 "특금법 시행에 따라 가상자산의 제도권 진입은 가시권에 있으며, 이번 빗썸 커스터디 서비스 출시는 가상자산이 제도권으로 가는 초석이 될 것"이라며 "빗썸 커스터디는 높은 수준의 보안 기술과 감독기관의 요구사항을 선제적으로 반영해 안정적으로 가상자산 수탁 시장에 진입하는 한편, 금융권과의 협업을 이끌어 고객들이 만족하는 융합 서비스를 제공하겠다"고 말했다. srk@fnnews.com 김소라 기자

  【파이낸셜뉴스 울산=최수상 기자】 국내 연구진이 초미세 반도체의 전극 물질로 활용할 수 있는 ‘2차원 텔루륨화 화합물(Transition Metal Ditelluride)’을 대면적으로 합성하는 데 성공했다. 고성능 초미세 반도체 소자를 만드는 길이 빨라질 전망이다.  울산과학기술원(UNIST)은 신소재공학부의 권순용 교수팀이 ‘고성능 초미세 반도체’의 소자 구현에 걸림돌이던 ‘2차원 금속 전극 물질’을 4인치(inch) 직경의 실리콘 기판에 원하는 형태로 합성(patterning)하는데 성공했다고 7일 밝혔다.반도체 소자는 ‘전자가 원하는 때에 특정한 위치와 방향으로 움직일 때’ 제대로 작동한다. 그런데 칩 하나에 더 많은 소자를 넣겠다고 개별 소자를 작게 만들면 전자가 원치 않는 데로 흐르는 현상(터널링 효과)이 발생한다. 이 문제를 풀기 위해 매우 얇은 2차원 반도체 물질을 사용하려는 논의가 있지만, 이에 걸맞은 전극은 개발되지 않았다. 반도체 소자에는 금속이나 절연체 등도 함께 들어가는데, 반도체 물질만 바꾸면 높은 ‘에너지 장벽이 나타나 전자 이동이 어려워진다. 따라서 고성능 초미세 반도체 소자를 구현하기 위해서는 2차원 전극 물질도 새로 합성해야 한다.권순용 교수팀은 초미세 반도체의 전극 물질로 활용할 수 있는 ‘2차원 텔루륨화 화합물(Transition Metal Ditelluride)’을 대면적으로 합성하는 데 성공했다. 텔루륨화 화합물은 2차원 반도체 소자에 적용 가능한 전극 물질로 알려졌지만, 텔루륨(Te) 자체가 불안정한 물질이라 화합물을 만들기 어려웠다. 연구팀은 ‘금속합금 원료에서 증발한 텔루륨 기체를 가두는 공법’을 도입해 문제를 해결했다.제1저자인 송승욱 UNIST 신소재공학과 박사과정 연구원은 “구리(Cu)나 니켈(Ni) 같은 특정 금속에 텔루륨을 적당량 첨가하면 비교적 낮은 온도에서도 액화된다는 사실을 확인했다”며 “그런 액체에서 방출되는 텔루륨 원자들을 가두어 반응시키는 성장기법을 써서 2차원 금속 전극 물질을 대면적으로 합성했다”고 설명했다. 새롭게 합성된 2차원 전극 물질은 합성 중 결함이 거의 발생하지 않아, 기계적으로 떼어낸 2차원 물질과 견줘도 좋을 정도로 우수한 물리적·전기적 물성을 나타냈다. 또 전체 공정이 500℃ 미만의 비교적 낮은 온도에서 몇 분 만에 진행돼 기존 반도체 공정을 그대로 사용할 수 있고, 비용 절감이 가능하다.연구팀은 새로운 2차원 전극 위에 2차원 반도체인 이황화몰리브덴(MoS₂)을 올리는 실험도 진행했다. 그 결과 금속과 반도체 경계면의 에너지 장벽이 이론치에 가깝게 아주 낮았고, 그만큼 전자 이동이 쉬워졌다. 기존 반도체 제작 과정에서는 이온을 주입해 에너지 장벽을 넘는 전자수를 늘렸는데, 이 방법은 소자가 작아지면서 회로 선폭이 줄어들어 적용하기 어려워진다. 하지만 이번에 개발한 전극 물질은 이러한 공정없이 반도체 접합 면에서 전자 이동의 효율을 높일 수 있게 된 것이다. 권순용 교수는 “새로 합성한 금속 전극과 반도체 접합의 결함이 매우 적기 때문에 이상적인 ‘쇼트키-모트 법칙(Schottky-Mott condition)’을 따르게 된다”며 “특히 상용 금속 배선 기술로는 구현하기 힘들다고 알려진 에너지 장벽 제어가 가능해 추가연구를 통해 N형과 P형 양쪽성을 가진 차세대 반도체를 구현하는 데 도움이 될 것”이라고 기대했다.이번 연구성과는 저명한 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’ 4월 20일자로 출판됐으며, 기술의 중요성을 인정받아 네이처 일렉트로닉스 뉴스 앤 뷰스(News & Views)에 소개됐다. 연구수행은 과학기술정보통신부·한국연구재단 나노·소재기술개발사업의 지원으로 이뤄졌다.  ulsan@fnnews.com 최수상 기자

삼성전자가 2진법 기반의 반도체 개념을 뛰어넘는 '3진법 반도체' 기술을 파운드리(반도체 수탁생산) 공정에서 검증하고 있어 주목받고 있다. 3진법 반도체는 미래 기술이지만 향후 반도체 양산공정에 적용된다면 지금보다 향상된 초절전·고성능·소형화 반도체 개발이 가능해 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 자율주행 등의 발전에 상당한 기여를 할 것으로 기대된다.17일 삼성전자에 따르면 삼성미래기술육성사업 지원을 받은 울산과학기술원(UNIST) 전기전자컴퓨터공학부 김경록 교수 연구팀이 초절전 '3진법 금속-산화막-반도체(Ternary Metal-Oxide-Semiconductor)'를 세계 최초로 대면적 실리콘 웨이퍼에서 구현하는데 성공했다. 이 연구 결과는 지난 15일 세계적인 학술지 네이처 일렉트로닉스에 발표됐다.삼성전자 관계자는 "반도체업계는 현재 2진법 기반의 반도체에서 정보를 처리하는 시간을 단축하고, 성능을 높일수록 증가하는 소비전력을 줄이는 문제를 해결하기 위해 고민해 왔다"며 "이러한 문제들을 해결할 방법으로 '3진법 반도체가 주목받고 있다"고 전했다.김 교수 연구팀이 개발한 3진법 반도체는 0, 1 값을 기본으로 하는 2진법 반도체와 달리 0, 1, 2 값으로 정보를 처리한다. 이에 따라, 3진법 반도체는 처리해야 할 정보의 양이 줄어 계산 속도가 향상되고 소비전력도 절감된다. 아울러, 반도체 소자를 줄여 반도체칩 소형화에도 도움이 된다.예를 들어, 숫자 128을 표현하려면 2진법으로는 8개의 비트(bit)가 필요하지만 3진법으로는 5개의 트리트(trit·3진법 단위)만 있으면 정보를 저장할 수 있다.아울러, 반도체 소자의 크기를 줄이면서 단위면적당 집적도를 높여 급격히 증가하는 정보를 효과적으로 처리하려면 누설전류가 증가하는 터널링 현상이 발생한다. 김 교수 연구팀은 누설 전류를 반도체 소자에서 정보를 처리하는 데 활용하는 획기적 연구를 한 것으로 전해졌다. 김경록 교수는 "이번 연구결과는 기존의 2진법 반도체 소자 공정 기술을 활용해 초절전 3진법 반도체 소자와 집적회로 기술을 구현했을 뿐만 아니라 대면적으로 제작돼 3진법 반도체의 상용화 가능성까지 보여줬다는 것에 큰 의미가 있다"고 밝혔다. 이어 "기존 2진법 시스템 위주의 반도체 공정에서 3진법 시스템으로 메모리·시스템 반도체의 공정·소자·설계 전 분야에 걸쳐 미래 반도체 패러다임 변화를 선도할 것"이라며 "3진법 반도체는 향후 4차 산업혁명의 핵심인 AI, 자율주행, 사물인터넷, 바이오칩, 로봇 등의 기술발전에 있어 큰 파급 효과가 있을 것"이라고 자신했다.삼성전자는 현재 김 교수 연구팀을 지원하기 위해 경기도 기흥사업장 파운드리 라인에서 미세공정으로 3진법 반도체 구현을 검증하고 있다. 다만, 삼성전자 관계자는 "3진법 반도체 기술은 단기간에 양산 공정에 적용할 수 있는 기술은 아니다"라며 "미래 반도체 기술을 선도하는 차원에서 적극적으로 지원하고 있다"고 말했다. cgapc@fnnews.com 최갑천 기자

삼성전자가 2진법 기반의 반도체 개념을 뛰어넘는 '3진법 반도체' 기술을 파운드리(반도체 수탁생산) 공정에서 검증하고 있어 주목받고 있다. 3진법 반도체는 미래 기술이지만 향후 반도체 양산공정에 적용된다면 지금보다 향상된 초절전·고성능·소형화 반도체 개발이 가능해 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 자율주행 등의 발전에 상당한 기여를 할 것으로 기대된다. 17일 삼성전자에 따르면 삼성미래기술육성사업 지원을 받은 울산과학기술원(UNIST) 전기전자컴퓨터공학부 김경록 교수 연구팀이 초절전 '3진법 금속-산화막-반도체(Ternary Metal-Oxide-Semiconductor)'를 세계 최초로 대면적 실리콘 웨이퍼에서 구현하는데 성공했다. 이 연구 결과는 지난 15일 세계적인 학술지 네이처 일렉트로닉스에 발표됐다. 삼성전자 관계자는 "반도체업계는 현재 2진법 기반의 반도체에서 정보를 처리하는 시간을 단축하고, 성능을 높일수록 증가하는 소비전력을 줄이는 문제를 해결하기 위해 고민해 왔다"며 "이러한 문제들을 해결할 방법으로 '3진법 반도체가 주목받고 있다"고 전했다. 김 교수 연구팀이 개발한 3진법 반도체는 0, 1 값을 기본으로 하는 2진법 반도체와 달리 0, 1, 2 값으로 정보를 처리한다. 이에 따라, 3진법 반도체는 처리해야 할 정보의 양이 줄어 계산 속도가 향상되고 소비전력도 절감된다. 아울러, 반도체 소자를 줄여 반도체칩 소형화에도 도움이 된다. 예를 들어, 숫자 128을 표현하려면 2진법으로는 8개의 비트(bit)가 필요하지만 3진법으로는 5개의 트리트(trit·3진법 단위)만 있으면 정보를 저장할 수 있다. 아울러, 반도체 소자의 크기를 줄이면서 단위면적당 집적도를 높여 급격히 증가하는 정보를 효과적으로 처리하려면 누설전류가 증가하는 터널링 현상이 발생한다. 김 교수 연구팀은 누설 전류를 반도체 소자에서 정보를 처리하는 데 활용하는 획기적 연구를 한 것으로 전해졌다.  김경록 교수는 "이번 연구결과는 기존의 2진법 반도체 소자 공정 기술을 활용해 초절전 3진법 반도체 소자와 집적회로 기술을 구현했을 뿐만 아니라 대면적으로 제작돼 3진법 반도체의 상용화 가능성까지 보여줬다는 것에 큰 의미가 있다"고 밝혔다. 이어 "기존 2진법 시스템 위주의 반도체 공정에서 3진법 시스템으로 메모리·시스템 반도체의 공정∙소자∙설계 전 분야에 걸쳐 미래 반도체 패러다임 변화를 선도할 것"이라며 "3진법 반도체는 향후 4차 산업혁명의 핵심인 AI, 자율주행, 사물인터넷, 바이오칩, 로봇 등의 기술발전에 있어 큰 파급 효과가 있을 것"이라고 자신했다. 삼성전자는 현재 김 교수 연구팀을 지원하기 위해 경기도 기흥사업장 파운드리 라인에서 미세공정으로 3진법 반도체 구현을 검증하고 있다. 다만, 삼성전자 관계자는 "3진법 반도체 기술은 단기간에 양산 공정에 적용할 수 있는 기술은 아니다"라며 "미래 반도체 기술을 선도하는 차원에서 적극적으로 지원하고 있다"고 말했다.  cgapc@fnnews.com 최갑천 기자

한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 김용훈 교수 연구팀이 저차원 페로브스카이트 나노소재의 새 물성을 밝히고 이를 이용한 새로운 비선형 소자 구현 방법을 제시했다. 연구팀은 최근 태양전지, 발광다이오드(LED) 등 광소자 응용의 핵심 요소로 주목받는 페로브스카이트 나노소재가 차세대 전자 소자 구현에도 유망함을 증명했다. 또한 초절전, 다진법 전자 소자 구현에 필요한 부성 미분 저항 소자를 구현하는 새로운 이론적 청사진을 제시했다. 무하메드 칸 박사후연구원과 이주호 박사과정이 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 1월 7일자 온라인판에 게재됐고, 표지논문으로 선정돼 출간될 예정이다. 유무기 하이브리드 할로겐화 페로브스카이트 물질은 우수한 광학적 성능뿐만 아니라 저비용의 간편한 공정으로 제작할 수 있어 최근 태양전지 및 LED 등 다양한 광소자 응용 분야에서 주목받고 있다. 그러나 할로겐화 페로브스카이트의 전자 소자 응용에 관한 연구는 세계적으로도 아직 부족한 상황이다. 김 교수 연구팀은 최근 새롭게 제조 기술이 개발되고 양자효과가 극대화되는 특성을 가진 저차원 유무기 할로겐화 페로브스카이트 물질에 주목했다. 연구팀은 슈퍼컴퓨터를 활용해 우선 1차원 페로브스카이트 나노선의 유기물을 벗겨내면 기존에 보고되지 않은 준 금속성 특성을 발현할 수 있다는 것을 발견했다. 이 1차원 무기 틀을 전극으로 활용해 단일 페로브스카이트 나노선 기반의 터널링 접합 소자를 제작하면 매우 우수한 비선형 부성미분저항(negative differential resistance, NDR) 소자를 구현할 수 있음을 확인했다. 부성미분저항은 일반적인 특성과는 반대로 특정 구간에서 전압이 증가할 때 전류는 오히려 감소해 전류-전압 특성 곡성이 마치 알파벳 ‘N’모양처럼 비선형적으로 나타나는 현상을 말한다. 차세대 소자 개발의 원천기술 이 되는 매우 중요한 특성이다. 연구팀은 나아가 이 부성미분저항 특성은 기존에 보고된 바 없는 양자 역학적 혼성화(quantum-mechanical hybridization)에 기반을 둔 새로운 부성미분저항 원리에 기반함을 밝혀냈다. 연구팀은 저차원 할로겐화 페로브스카이트의 새로운 구조적, 전기적 특성을 규명했을 뿐 아니라 페로브스카이트 기반의 터널링 소자를 이용하면 획기적으로 향상된 부성미분저항 소자 특성을 유도할 수 있음을 증명했다. 김 교수는 “양자역학에 기반한 전산모사가 첨단 나노소재 및 나노소자의 개발을 선도할 수 있음을 보여준 연구”라며 “특히 1973년 일본의 에사키(Esaki) 박사의 노벨상 수상 주제였던 양자역학적 터널링 소자 개발의 새로운 방향을 제시한 연구이다”라고 말했다. 이번 연구는 미래창조과학부 중견연구자지원사업, 나노소재원천기술개발사업, 기초연구실지원사업, 글로벌프론티어사업의 지원을 받아 수행됐다. seokjang@fnnews.com 조석장 기자

【울산=최수상 기자】 초미세 반도체 입자인 ‘그래핀 양자점’을 기존보다 효과적으로 제작할 기술이 개발됐다. 차세대 전자기기에 쓰일 소자인 ‘단전자 트랜지스터’ 발전에 기여할 전망이다. 울산과학기술원(UNIST)는 16일 자연과학부의 신현석 교수팀이 ‘육방정계 질화붕소(h-BN) 단일층 내부에 그래핀 양자점을 규칙적으로 배열한 2차원 평면 복합체’를 제조하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 그래핀(Graphene)은 탄소 원자가 육각형 벌집모양으로 연결된 원자 한 층의 물질로, 엄청나게 얇으면서 물리적.화학적 안정성이 높고 전기전도도 등이 뛰어난 ‘꿈의 신소재’다. 이 물질을 수 나노미터 크기로 작게 만들면 ‘그래핀 양자점’이 된다. 육방정계 질화붕소(Hexagonal Boron Nitride, h-BN)는 질소와 붕소가 육각형 벌집보양으로 결합된 원자 한층의 물질로, ‘백색 그래핀’으로도 불린다. 그래핀과 달리 전류가 흐르지 않는 절연 특성을 지니고 있어 2차원 부도체로의 응용이 가능하다. 이 물질로 전자 하나만 제어해 신호를 전달하는 장치인 ‘수직 터널링 단전자 트랜지스터’를 구현하는 데도 성공했다. 이 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 1월 16일(수) 온라인판에 게재됐다. 그래핀 양자점은 수 나노미터(㎚, 1㎚는 10억 분의 1m) 크기의 반도체 나노입자로, 전류를 흘려주거나 빛을 쪼여주면 발광하는 특성이 있어 차세대 디스플레이나 바이오 이미징, 센서 등의 소재로 각광받고 있다. 또한, 적은 전기를 쓰면서 빠르게 정보를 처리할 수 있는 차세대 양자정보통신 기술에도 적용될 수 있다. 지금까지 그래핀 양자점은 흑연 덩어리를 물리적인 방법 혹은 화학반응에 의해 얇게 벗겨내는 기술(화학적 박리법)로 만들어왔다. 이 경우 원하는 크기의 그래핀 양자점을 얻기 힘들고, 가장자리에 각종 불순물이 붙어 전자의 흐름을 방해했다. 결국 그래핀 양자점이 본연의 전기적.광학적 특성을 나타내기 어려워지는 것이다. 신현석 교수팀은 그래핀 양자점의 크기를 원하는 대로 조절하면서, 가장자리의 불순물을 없애는 새로운 방법을 고안했다. 백금 나노 입자가 배열된 실리카(SiO₂) 기판 위에 육방정계 질화붕소를 전사해 메탄(CH₄) 기체 속에서 열처리한 것이다. 백금 나노 입자는 블록 공중합체의 자기조립 성질 덕분에 규칙적으로 배열되며, 백금(Pt) 위에 올라간 육방정계 질화붕소는 그래핀과 자리를 뒤바꾼다. 결과적으로 백금 입자의 크기에 따라 그래핀 양자점의 크기가 결정되며, 원자 한 층의 육방정계 질화붕소 내부에 그래핀 양자점이 규칙적으로 배열된 소재가 만들어지는 것이다. 연구진은 이 기술로 균일한 배열을 가진 그래핀 양자점을 제작했고, 7~13나노미터 크기로 조절할 수 있었다. 또한 불순물을 최소화함으로써 전자를 안정적으로 이동시키는 단전자 트랜지스터도 구현했다. 이번에 구현한 단전자 트랜지스터는 2차원 물질을 층층이 쌓은 구조에서 전자가 이동하는 ‘터널링(Tunneling)’ 현상을 이용한 ‘수직 터널링 단전자 트랜지스터’다. 단전자 트랜지스터에서 전자는 터널링을 통해 소스(Source)에서 아일랜드(Island)로 주입되고 머물렀다 다시 터널링을 통해 드레인(Drain)으로 흐른다. 아일랜드에 전자를 잡아둘지 보낼지에 따라 신호를 전달하는 것이다. 이번에 만든 그래핀 양자점은 아일랜드에 적용돼 전자를 1개만 잡아두거나 보낼 수 있었다. 그래핀 양자점 기반 단전자 트랜지스터의 가능성을 입증한 것이다. 논문의 제1저자인 김광우 UNIST 에너지공학과 박사과정 연구원은 “그래핀과 육방정계 질화붕소는 구조적으로 유사하기 때문에 질화붕소 내부에 그래핀 양자점을 제작하는 게 가능했다”며 “새로운 기술로 만든 그래핀 양자점의 가장자리는 질화붕소와 화학결합을 이루면서 잘 둘러싸여 불순물이 최소화됐다”고 설명했다. 신현석 교수는 “새 기술로 제작한 그래핀 양자점은 쿨롱 차단(Coulomb Blockade) 효과로 전자를 하나씩만 제어할 수 있다”며 “그래핀과 육방정계 질화붕소, 그래핀 양자점을 층층이 쌓은 ‘수직 터널링 단전자 트랜지스터’를 처음 구현한 사례”라고 설명했다. 그는 이어 “그래핀 양자점 기반 단전자 트랜지스터는 향후 빠른 정보처리와 저전력으로 작동하는 전자기기에 적용돼 기술적 진보를 가져올 것”이라고 강조했다. 이 연구는 서울대 화학과의 손병혁 교수팀, 영국 맨체스터대 물리학과의 콘스탄틴 노보셀로브 교수팀과 공동으로 진행했다. 연구 수행은 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 전략과제, 과학기술정보통신부 글로벌프런티어사업(나노기반 소프트 일렉트로닉스연구), 기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단의 지원으로 이뤄졌다. ulsan@fnnews.com 최수상 기자