원자 두께의 트랜지스터 만들기

(This schematic shows the chemical assembly of two-dimensional crystals. Graphene is first etched into channels and the TMDC molybdenum disulfide (MoS2) begins to nucleate around the edges and within the channel. On the edges, MoS2 slightly overlaps on top of the graphene. Finally, further growth results in MoS2 completely filling the channels. Credit: Berkeley Lab)

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 반도체 공정의 미세화는 점차 물리적 한계에 직면하고 있습니다. 비록 엄청난 연구 개발을 통해서 지속적으로 한계를 돌파해오기는 했지만, 이제 회로의 미세화가 점차 원자 수준에 근접해 가고 있습니다. 이런 이유로 원자 하나 두께를 지닌 그래핀이나 탄소 나노튜브 등이 새로운 차세대 소재로 연구되고 있습니다.

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 미국 에너지부 산하의 로렌스 버클리 국립 연구소 ​Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab)의 과학자들은 새로운 그래핀 - TMDC 기반 반도체 기술을 저널 네이처 나노테크놀로지에 발표했습니다. 아직 상용화까지는 많은 길이 남아있지만, 이들에 의하면 실제 웨이퍼 양산에 더 가까운 기술이라고 하네요.

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 연구팀은 일단 기반이 될 그래핀층을 먼저 만든 다음 여기에 회로에 해당하는 빈틈을 만들고 다시 그 위에 TMDC (transition-metal dichalcogenide) molybdenum disulfide (MoS2) 층을 만들어 채널을 만들었습니다. 이를 통해서 실제 회로에 더 가까운 그래핀 기반 반도체를 만든 것입니다. 더구나 이는 작은 크기가 아니라 수cm 길이에 수mm 너비로 비교적 큰 면적에서 이뤄졌습니다.

 아직 실제로 그래핀 기반 반도체에 회로를 새겨 웨이퍼에 양산하는 것은 무리지만, 아무튼 그 단계까지 가기 위한 기반 기술이 실증된 것입니다.

 원자 몇 개 정도의 얇은 층으로 구성된 구성된 2차원 크리스탈 (two-dimensional crystals) 기술은 앞으로 더 연구를 해야하는 부분이 많지만, 차세대 반도체의 후보 가운데 하나일 것입니다. 다만, 기존의 반도체 기술을 대체하기 위한 차세대 기술이 여러 방향으로 개발되고 있으므로 어느 것이 승자가 될지는 아직 판단하기 이릅니다.

 더 나아가 앞으로 양자 컴퓨터나 인간의 뇌를 닮은 형태의 컴퓨터 등 다양한 시도가 계속되고 있어 미래의 컴퓨터가 어떤 모습이 될지를 미리 예측하는 일은 상당히 어려울 것 같습니다.

 참고

   Large-scale chemical assembly of atomically thin transistors and circuits, Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/nnano.2016.115                                         

  http://phys.org/news/2016-07-scientists-atomically-thin-transistors-circuits.html#jCp

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