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조지아 공대, 그래핀 반도체 혁신 발표 “밴드 갭 해법 찾았다”

2024.01.10 Jon Gold  |  Network World
조지아 공대의 한 교수가 한 장의 탄소 원자로 만든 반도체를 자세히 설명한 논문을 발표했다. 그는 이번 발견에 대해 ‘라이트 형제의 순간’이라는 표현을 사용했다. 
 
Credit: Georgia Institute of Technology

조지아 공과대학교의 연구원들은 미래의 반도체가 그래핀으로 만들어질 수 있다고 제시했다. 실리콘 대신 탄소 분자가 한 장의 시트에 결합된 그래핀이 반도체의 재료가 될 수 있다는 설명이다. 

이 연구 성과 지난주 네이처(Nature) 저널에 게재된 논문에 자세히 설명됐다. 논문에서 연구팀은 그래핀 반도체의 주요 장애물인 소위 ‘밴드 갭’ 문제를 해결할 해법을 발견했다고 전했다. 

연구진에 따르면 반도체의 핵심 기능은 전도성 특성의 변화 없이 전류를 통해 스위치를 켜거나 끌 수 있는 능력이다. 그래핀은 오랫동안 실리콘의 대체재로 연구되어 왔다. 전기 저항이 매우 낮기 때문에 더 빠른 컴퓨팅이 가능하기 때문이다. 그러나 반도체 구현에 필요한 전자적 특성인 ‘밴드 갭’ 문제 해결에 어려움이 있었다. 

조지아 공대의 월터 드 히어 교수가 이끌고 조지아 공대와 중국 톈진 대학의 연구원이 함께 진행한 이번 연구에서는 전자 도핑이라는 기술을 사용하여 밴드 갭 문제를 해결한다. 이 기술에는 그래핀에 원자를 배치하는 것이 포함된다. 물질에 전자를 ‘기부’(donate)하여 온/오프 상태를 제어할 수 있었다는 설명이다. 

드 히어는 대학에서 발간한 논문에서 “그래핀을 연구하게 된 동기는 오래 전부터 있었다. 단지 그것을 실현하는 것이 숙제였다. 우리는 그래핀을 다루는 방법을 배워야 했다. 물질을 다루는 방법, 더 나은 물질로 만드는 방법, 그리고 마지막으로 물질의 속성을 측정하는 방법을 배워야 했습. 정말 오랜 시간이 걸렸다”라고 말했다. 

그는 이번 성과에 대해 ‘라이드 형제의 순간’에 비견되는 획기적 발견이라고 강조했다. 드 히어는 “100미를 날아갈 수 있는 비행기가 발명됐을 때 회의론자들은 이미 빠른 기차와 보트가 있는데 왜 비행기가 필요한지 물었다. 하지만 그들은 끈질기게 연구했고 그 결과 대양을 횡단해 사람들을 실어나를 수 있는 기술이 출현했다”라고 말했다. 

아직 초기 단계에 있지만 연구팀은 이 기술의 향후 활용 가능성에 크게 기대하고 있다. 그래핀이 양자역학적 파동을 허용할 수 있기에 양자 컴퓨터에 적용할 수 있다는 점이 하나의 이유다. ciokr@idg.co.kr
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