스핀 트랜지스터 원천 기술 최초 개발

■ 스핀 트랜지스터 원천 기술 최초 개발

 

● 차세대 저전력 고속력 '스핀 트랜지스터' 원천 기술 최초 개발

 

국내 연구진이 차세대 저전력. 고속력 트랜지스터로 슈퍼컴퓨터 연산 능력을 능가하는 성능으로 기대받고 있는 '스핀 트랜지스터' 개발의 토대를 마련했다. 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 조성재 교수 연구팀이 그래핀으로 자성체(磁性體) 없이 스핀 전류를 생성·검출하는 실험에 세계 최초로 성공했다고 2020년 05월 18일 밝혔다.

 

실리콘 기반의 반도체 기술은 집적도를 향상시켜서 성능을 향상시키는 것에 이미 한계에 봉착했다. 그래서, 새로운 반도체 기술이 필요했다. 스핀 트랜지스터를 이용한 CPU는 실리콘 기반의 집적 회로 보다 전력을 수십배 적게 소모하고, 속도는 수백배 빠르게 연산 작동한다. 또한, 비휘발성이기 때문에 전원이 거지더라도 저장 자료가 사라지지 않는다.

 

디지털 연산을 수행하는 반도체 소자인 트랜지스터는 전기의 흐름, 즉 전자의 이동을 정보화한다. 그런데 전자는 이동뿐만 아니라 자전(spin)도 한다. 전자의 스핀 정보까지 정보화하는 스핀 트랜지스터가 사물인터넷(IoT) 시대의 신기술로 개발되고 있다. 사물인터넷의 등장으로 많은 데이터를 저전력, 고속으로 처리할 비메모리 반도체 기술의 발달이 시급한 가운데 스핀 트랜지스터가 대안으로 떠오르고 있기 때문이다.

 

2차원 물질인 그래핀은 스핀 트랜지스터의 소재로 꼽히고 있지만 자성체 없이는 작동할 수 없다는 한계가 있다. 자성체로 작동하는 스핀 트랜지스터는 이미 개발됐지만 신호 제어와 전력 효율에 한계가 있었다.

 

연구팀은 '2H-TaS2'라는 금속을 그래핀과 접합하면 자성체 없이도 전기가 흐르는 '라쉬바 효과'가 유도되는 것을 발견하고, 이번 실험에서 이를 세계 최초로 구현했다. 이를 통해 자성체 없이도 전기를 만들어 작동되는 그래핀 스핀 트랜지스터의 초석을 마련했다는 평가를 받는다.

 

조성재 교수는 "자성체 없이 전기적으로만 스핀 전류를 생성, 검출, 제어할 수 있음을 보인 최초의 연구"라며 "향후 비메모리 산업뿐만 아니라 세계적으로 스핀트로닉스(Spintronics·전자의 회전 현상을 이용한 전자공학 분야) 관련 물리학 및 산업에 응용할 수 있을 것"이라고 기대했다.