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2D 마이크로 칩 - 분자 한 층으로 된 트랜지스터를 만들다



(Image credit: Photo: Stefan Wachter)


 과학자들이 단지 한 층의 분자로 된 평면 트랜지스터를 이용해서 복잡한 회로를 만드는 데 성공했습니다. 이황화몰리브덴 molybdenum disulfide (MoS2) 혹은 몰리브데나이트 (molybdenite)를 이용한 것으로 회로가 단지 두 층의 황 원자 사이에 낀 몰리브덴 원자 하나로 이뤄진 평면 트랜지스터입니다. 트랜지스터의 두께는 0.6nm에 불과한데, 최신 실리콘 기반 프로세서의 두께가 보통 100nm 정도 되는 것과 비교하면 엄청나게 얇은 셈입니다. 


 비엔나 대학의 토마스 뮐러 (Thomas Müller, an electrical engineer at the Vienna University of Technology)와 그 동료들은 저널 네이처 커뮤니케이션스에 이 내용을 발표했습니다. 사실 몰리브데나이트를 이용한 평면 트랜지스터는 이전에도 개발된 바 있습니다. 그래핀과 더불어 몰리브데나이트는 한층의 원자만으로도 전류를 흐르게 할 수 있기 때문에 차세대 초미세 반도체 소자로 주목을 받고 있습니다. 하지만 현재까지 성공한 것은 트랜지스터 2-3개 정도를 평면으로 만든 것이었습니다. 


 이들이 만든 회로는 115개의 트랜지스터를 포함하고 있어 간단한 연산이나 명령을 수행할 수 있어 훨씬 집적회로에 가까운 모습입니다. 다만 이 프로토타입은 너비가 2마이크로미터로 비교적 큰 편인데, 앞으로 회로 선폭을 줄이기 위해 연구를 진행할 예정입니다. 현재 프로토타입은 2-20kHz로 작동하며 소비 전력은 60mW 수준입니다. 


 연구팀의 목표는 물론 몰리브데나이트를 이용해서 수억개 이상의 트랜지스터를 집적한 회로를 만드는 것이죠. 이들의 추정으로는 현재 실리콘 기반 회로의 선폭이 5nm가 한계라면 몰리브데나이트는 1nm까지 폭을 줄일 수 있기 때문입니다. 


 다음 목표는 대량 생산 및 복잡한 집적 회로를 만들기 위해서 현재 사용한 NMOS (n-type metal-oxide–semiconductor)에서 저전력 CMOS (complementary MOS) 방식으로 제조 방식을 바꾸는 것입니다. 과연 그래핀과의 경쟁에서 몰리브데나이트가 승리할 수 있을지 궁금하네요. 



 참고 


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