그래핀으로 만든 실용적인 반도체

(Image credit: Georgia Tech)

그래핀은 한 층으로 된 2D 물질로 구리나 실리콘보다 훨씬 전자가 빨리 움직이는 성질을 지니고 있고 두께도 0.2nm 불과해 차세대 반도체 소재로 주목을 받아 왔습니다. 하지만 등장한지 20년이 지난 지금도 실용적인 그래핀 반도체는 개발하지 못하고 있습니다. 반도체가 되려면 전기가 잘 통하는 부분과 잘 통하지 않는 장벽 역할을 할 적당한 밴드 갭 (band gap)을 지닌 부분이 필요한데, 그래핀은 다 잘 통하게 만들어 스위치를 켰다 끌 수 없기 때문입니다.

조지아 공대의 월터 드 히어 교수(Dr. Walter de Heer, Regents’ Professor of Physics at Georgia Tech)가 이끄는 연구팀은 10년 이상 이 문제를 해결하기 위해 노력해 왔습니다. 그리고 최근 중대한 진보를 이룩했다고 발표했습니다.

조지아 연구팀은 탄화규소 (실리콘 카바이드)로 만든 웨이퍼 위에 그래핀을 여러 층으로 쌓은 에피텍셜 (epitaxial) 그래핀 층을 만들고 여기서 현재까지 구현한 것 가운데 가장 높은 0.6eV의 밴드 갭을 지닌 반도체를 만들었습니다. 이 기술로 당장 그래핀 층에 회로를 새길 수 있는 것은 아니지만, 반도체의 성질을 지닌 그래핀을 만들었다는 데 큰 의의가 있습니다.

(동영상)

이번에 개발한 그래핀 반도체는 실리콘보다 10배나 전자가 빠르게 이동할 수 있었습니다. 다시 말해 전기 저항이 낮다는 이야기로 훨씬 낮은 전력으로 같은 성능을 내거나 혹은 클럭을 크게 올려도 전력 소모가 현저히 적을 수 있습니다. 다만 실용적인 반도체 소재가 되기까지는 역시 많은 과정이 남아 있습니다.

당장에는 실용화가 어려워도 이렇게 조금씩 진보가 이뤄지면 언젠가는 그래핀 기반 프로세서나 메모리가 나올 날이 있을 것으로 기대합니다.

참고

https://www.tomshardware.com/tech-industry/first-functional-graphene-semiconductor-paves-the-path-to-post-silicon-chips-georgia-tech-researchers-material-can-be-used-with-standard-chipmaking-methods

https://www.dongascience.com/news.php?idx=63190

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