KIST 연구진, 전력 소모 적은 산화물 전자소재 개발

전력 소모가 적은 고성능 스핀 트랜지스터를 개발하는 데 필요한 산화물 전자소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST) 차세대반도체연구소 전자재료연구단 이수연 박사팀(제1저자 진현우 연구원)은 전하를 먼 거리까지 이동시키고, 스핀-궤도 결합이 강한 산화물 전자소재를 개발했다고 6일 밝혔다.

건국대·가톨릭대·서울대·미국 켄터키주립대와 공동연구를 통해 개발한 이 소재는 전기가 잘 통하지 않는 부도체 산화물인 스트론튬-타이타늄(SrTiO3)에 금속 원소인 나이오븀(Nb)을 주입해 개발했다.

스핀 트랜지스터는 전자의 이동량을 이용하는 기존의 반도체 소자와 달리 전자의 자기적 회전 방향(스핀)을 이용해 신호를 제어한다.

전류를 흘렀다가 차단하지 않고 전자의 회전 방향만 바꾸는 방식이기 때문에 전력 소모가 적은 게 특징이다.

또한, 전원을 꺼도 남은 자성을 이용해 기존 데이터를 바로 불러올 수 있어 부팅 과정이 없는 컴퓨터 개발도 가능하다.

고성능 스핀 트랜지스터를 구현하려면 스핀 정보를 잃지 않고, 먼 거리까지 전달할 수 있도록 전하 이동도가 커야 한다.

아울러 스핀의 운동을 쉽게 제어할 수 있도록 스핀-궤도 결합이 강해야 한다.

지금까지 주로 연구된 화합물 반도체 소자는 전하 이동도는 높지만, 스핀-궤도 결합은 약하다는 단점이 있었다.

이수연 박사팀이 개발한 산화물 소재는 두 조건을 모두 충족해 고성능 스핀 트랜지스터 개발을 앞당길 것으로 기대된다.

이수연 박사는 "다양한 기능성 산화물과 접합도 가능해 새로운 물리 현상을 관찰할 수 있는 토대를 제공하고, 신개념 정보 소자 개발에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 미래창조과학부의 지원으로 진행됐으며, '네이처' 자매지인 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 5일자 온라인판에 게재됐다.

(연합뉴스)