차세대 인메모리 컴퓨팅을 위한 저전력 멤트랜지스터 신소재 개발

과학기술정보통신부는 연세대학교 심우영 교수 연구팀이 기존의 전이금속 기반 멤트랜지스터 대비 저전력으로 구동이 가능한 새로운 III-V족 화합물 반도체 멤트랜지스터 소재를 개발했다고 28일 밝혔다. 이 연구 성과는 세계적인 학술지 「네이처 머터리얼스(Nature Materials)」에 게재되었다.

멤트랜지스터의 진화: 저전력과 고효율을 향해

멤트랜지스터는 멤리스터와 트랜지스터의 특성을 모두 갖춘 능동 소자로, 전기 소자의 크기를 줄이고 기능을 통합하는 차세대 기술로 주목받고 있다. 하지만 기존 전이금속 기반 멤트랜지스터는 높은 전력 소모와 불균일한 성능이라는 한계가 있었다. 심우영 교수팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 III-V족 원소 기반의 새로운 반도체 소재를 개발하는 데 성공했다.

연구의 핵심: III-V족 화합물과 반데르발스 갭

연구팀은 반데르발스 갭 내부에서 이온의 이동이 가능하고 반도체 특성을 발현할 수 있는 III-V족 화합물 반도체 소재를 개발했다. 이 소재는 고속 계산(High-throughput) 기법을 통해 후보 물질을 도출하고, 그중 10종의 화합물을 최종적으로 합성하여 실험적으로 검증했다. 연구 결과, 이 신소재는 기존의 전이금속 기반 소재보다 전력 소모가 낮고, 메모리와 트랜지스터로 모두 활용될 수 있는 가능성을 입증했다.

새로운 패러다임: 멤트랜지스터 소재의 혁신

이번 연구는 기존 멤트랜지스터 소재의 한계를 극복하고, 전력 효율성과 성능을 동시에 향상시킨 새로운 소재를 제시한 것으로, 메모리 및 반도체 산업의 발전에 기여할 것으로 기대된다. 특히, 이 신소재는 기존 실리콘 기술과도 호환 가능하여, 차세대 저전력 전자 소자 개발에 중요한 역할을 할 것으로 보인다.

심우영 교수는 “이번 연구는 멤트랜지스터 소재 개발의 새로운 패러다임을 제시하고 이를 실험적으로 구현한 데 큰 의미가 있다”라며, “기존 실리콘 기술과 호환되면서 저전력이 가능한 멤트랜지스터에 대한 수요를 새로운 III-V족 멤트랜지스터로 충족할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 미래소재디스커버리사업과 기초과학연구원 프로그램의 지원을 받아 수행되었으며, 개발된 신소재는 메모리와 트랜지스터 기능을 하나의 소자에서 구현할 수 있는 멤트랜지스터로, 전자 소자의 소형화와 고효율화에 중요한 전환점을 마련할 것으로 예상된다.