[사이테크 플러스] 자성물질 없이 구동되는 '스핀트랜지스터' 개발
KIST 연구팀 "반도체만으로 스핀신호 100배 스핀트랜지스터 구현"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구팀이 반도체 내 전자의 스핀을 논리소자 구현에 이용, 차세대 트랜지스터로 주목받는 '스핀트랜지스터'를 자성물질을 사용하지 않고 반도체 채널만으로 구현하는 데 성공했다.
한국과학기술연구원(KIST) 스핀융합연구단 구현철 박사팀은 기존 스핀트랜지스터 구동에 필요했던 자기장과 자성체를 모두 제거하고도 초고속 반도체 채널만으로 스핀을 생성, 제어, 감지하는 새로운 스핀트랜지스터를 개발했다고 19일 밝혔다.
트랜지스터는 반도체 소자 핵심요소로 전기신호를 증폭. 차단, 전달하는 스위치 역할을 한다. 하지만 트랜지스터를 소형화해 손톱 크기의 프로세서에 집적하는 기존 산화금속반도체(MOS) 트랜지스터 기술이 물리적 한계에 부딪히면서 전자의 양자역학적 특성인 스핀을 이용한 스핀트랜지스터가 차세대 기술로 주목받고 있다.
스핀트랜지스터는 전자 이동량을 이용하는 기존 산화금속반도체 트랜지스터와 달리 반도체 물질 내부 전자의 스핀(Up & Down)을 제어, 속도가 빠르고 전력 소모가 매우 낮은 트랜지스터를 구현할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
그러나 기존 스핀트랜지스터는 전자의 스핀을 제어하기 위해 자기장과 자성체가 필요한데, 강자성체와 반도체 사이의 접합 면에서 신호 대부분이 소실돼 실제 소자로 상용화하는 데에는 어려움이 있었다.
연구팀은 이 연구에서 자기장과 자성체를 모두 제거하고 인듐아세나이드(InAs) 반도체 채널만으로 이루어진 스핀트랜지스터를 개발했다. 자성물질로 인해 반도체 내에 스핀이 주입되는 것을 막고 반도체 자체에서 스핀 정보를 발생시킨 다음 게이트 전압으로 방향을 제어해 다시 전기적으로 읽을 수 있게 한 것이다.
연구팀은 이 스핀트랜지스터가 절대온도 1.8K(영하 271.2℃)에서 구동될 때 스핀 신호가 강자성체와 반도체를 이용한 기존 스핀트랜지스터보다 100배 이상 강하다는 것을 확인됐다.
이 기술의 실용화를 위해서는 스핀트랜지스터 동작온도를 높이는 연구가 필요하며 이를 위해 새로운 물질의 반도체 적층을 이용해 전하-스핀 전환율이 높은 구조를 개발할 필요가 있다고 연구팀은 밝혔다.
구현철 박사는 "이 연구는 스핀 관련 전자소자에 반드시 강자성체와 자기장이 필요하다는 고정관념을 깬 것"이라며 "반도체 자체에서 스핀을 생성시키는 새 패러다임을 제시해 스핀트랜지스터 실용화에 크게 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.
삼성전자[005930] 미래기술육성센터 지원사업과 KIST 기관고유사업으로 수행된 이 연구 결과는 나노분야 국제학술지 '나노[187790] 레터스'(Nano Letters)에 게재됐다.
scitech@yna.co.kr
(끝)
<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>
KIST 연구팀 "반도체만으로 스핀신호 100배 스핀트랜지스터 구현"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구팀이 반도체 내 전자의 스핀을 논리소자 구현에 이용, 차세대 트랜지스터로 주목받는 '스핀트랜지스터'를 자성물질을 사용하지 않고 반도체 채널만으로 구현하는 데 성공했다.
한국과학기술연구원(KIST) 스핀융합연구단 구현철 박사팀은 기존 스핀트랜지스터 구동에 필요했던 자기장과 자성체를 모두 제거하고도 초고속 반도체 채널만으로 스핀을 생성, 제어, 감지하는 새로운 스핀트랜지스터를 개발했다고 19일 밝혔다.
트랜지스터는 반도체 소자 핵심요소로 전기신호를 증폭. 차단, 전달하는 스위치 역할을 한다. 하지만 트랜지스터를 소형화해 손톱 크기의 프로세서에 집적하는 기존 산화금속반도체(MOS) 트랜지스터 기술이 물리적 한계에 부딪히면서 전자의 양자역학적 특성인 스핀을 이용한 스핀트랜지스터가 차세대 기술로 주목받고 있다.
스핀트랜지스터는 전자 이동량을 이용하는 기존 산화금속반도체 트랜지스터와 달리 반도체 물질 내부 전자의 스핀(Up & Down)을 제어, 속도가 빠르고 전력 소모가 매우 낮은 트랜지스터를 구현할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
그러나 기존 스핀트랜지스터는 전자의 스핀을 제어하기 위해 자기장과 자성체가 필요한데, 강자성체와 반도체 사이의 접합 면에서 신호 대부분이 소실돼 실제 소자로 상용화하는 데에는 어려움이 있었다.
연구팀은 이 연구에서 자기장과 자성체를 모두 제거하고 인듐아세나이드(InAs) 반도체 채널만으로 이루어진 스핀트랜지스터를 개발했다. 자성물질로 인해 반도체 내에 스핀이 주입되는 것을 막고 반도체 자체에서 스핀 정보를 발생시킨 다음 게이트 전압으로 방향을 제어해 다시 전기적으로 읽을 수 있게 한 것이다.
연구팀은 이 스핀트랜지스터가 절대온도 1.8K(영하 271.2℃)에서 구동될 때 스핀 신호가 강자성체와 반도체를 이용한 기존 스핀트랜지스터보다 100배 이상 강하다는 것을 확인됐다.
이 기술의 실용화를 위해서는 스핀트랜지스터 동작온도를 높이는 연구가 필요하며 이를 위해 새로운 물질의 반도체 적층을 이용해 전하-스핀 전환율이 높은 구조를 개발할 필요가 있다고 연구팀은 밝혔다.
구현철 박사는 "이 연구는 스핀 관련 전자소자에 반드시 강자성체와 자기장이 필요하다는 고정관념을 깬 것"이라며 "반도체 자체에서 스핀을 생성시키는 새 패러다임을 제시해 스핀트랜지스터 실용화에 크게 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.
삼성전자[005930] 미래기술육성센터 지원사업과 KIST 기관고유사업으로 수행된 이 연구 결과는 나노분야 국제학술지 '나노[187790] 레터스'(Nano Letters)에 게재됐다.
scitech@yna.co.kr
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