또하나의 혁명...원자 반도체 개발 성공

호주의 연구진이 세계 최초로 하나의 원자만으로 트랜지스터를 만드는데 성공했다.

이에따라 손톱만한 반도체의 집적도를 약 2년마다 배로 늘려 왔지만 설계 미세화로 인해 제조공정의 한계를 느끼고 있는 반도체 업계에 돌파구가 마련됐다.

반도체 업계의 미세화 제조공정은 “반도체의 집적도는 약 18개월 만에 배로 증가한다”는 인텔 공동창업자 고든 무어의 법칙을 따라 2020년 이전에 제조공정의 한계에 이를 것으로 우려되고 있는 상황이다.

호주 뉴사우스웨일즈대 연구원들은 20일 지속방식(repeatable mehtod)을 이용, 한개의 원자(單原子)를 트랜지스터로 만들어 이를 집적해 컴퓨팅 디바이스를 만드는 길을 열었다고 발표했다.이 연구성과는 ‘네이처 나노테크놀로지’지를 통해 발표됐으며 이 단원자 적린(red phosphorus atom·赤燐)트랜지스터를 매우 정교하게 제어할 수 있음을 보여주고 있다.

이에따라 컴퓨팅업계는 원자 단위의 작은 물질로 트랜지스터를 집적해 정확한 컴퓨팅 제어를 할 수 있는 길이 열렸다.

뉴사우스웨일즈대 연구팀은 특히 이 단원자트랜지스터 개발방식이 자동화될 수 있으며 제조에 적용될 수있는 방식이라는 데 주목하고 있다.

이에앞서 약 2년전 헬싱키기술대와 호주의 뉴사우스웨일즈대,맬번대 연구원들이 실리콘에서 하나의 인(인)원자에 근접하는 단원자 트랜지스터를 설계했다고 발표한 바 있다.

마틴 포이슬 연구원은 “이 작업성과가 독특한 것은 우리의 디바이스 안에서 원자수준의 정확성으로 하나의 원자를 자리잡게 할 수 있었다는 점”이라고 말했다.

이 수준의 제어는 작동하는 트랜지스터,마이크로프로세서 및 컴퓨터 제작에 필요한 컨트롤 게이트,전극 등을 포함하는 다른 부품 조립에 있어 매우 중요한 기술로 평가받고 있다.

원자를 조작하는 수준의 이 연구에는 주사터널링현미경(STM)이 실리콘표면의 원자를 조작하기 위해 사용됐다. 이후 리소그래픽공정을 사용해 적린을 실리콘기판에 올려놓을 수 있었다.

포이슬은 발표문을 통해 “우리 연구진은 실리콘 환경에서 하나의 적린원자를 우리가 원하는 대로 원자를 제어하는 수준의 정확성으로 옮겨 놓을 수 있음을 증명했다”고 말했다.

기존의 마이크로프로세서 설계 기술을 대체해 무어의 법칙을 유지해 나가기 위한 기술개발은 수년째 이어지고 있다.

인텔의 경우 지난해 3차원(D)트랜지스터를 자사의 22나노미터공정에 적용하면서 이 미세공정에서도 전류사용량을 줄일 수 있었다. 또다른 연구그룹은 실리콘 대신 그래핀으로 불리는 탄소나노튜브를 이용해 미세화공정에 도전하고 있다.

뉴사우스웨일즈대 팀은 원자수준의 정밀성으로 트랜지스터를 조작할 수 있는 이 기술이 양자컴퓨터의 기반기술이 되길 희망하고 있다.