미국 캘리포니아대 버클리캠퍼스 팽왕 교수 연구팀 공동

포스텍·미 캘리포니아대 공동연구진이 차세대 반도체 원천기술을 개발해 개발이 더딘 반도체 성능을 획기적으로 높이는 길을 열었다

최근 차세대 반도체 개발에서 가장 주목하는 기술은 스핀트로닉스와 밸리트로닉스다.

스핀트로닉스는 전자의 자기적 회전을 제어해 반도체 성능을 높이는 것이고 밸리트로닉스는 전자의 파동형 움직임을 이용하는 기술이다.

문제는 반도체 소자를 구동하는 핵심인 스핀과 밸리 전류를 만들기가 어렵다는 점인데 포스텍 연구팀이 이를 해결했다.

포스텍(포항공과대)에 따르면 신소재공학과 김종환 교수와 미국 캘리포니아대 버클리캠퍼스 물리학과 팽 왕 교수 연구팀이 텅스텐이나 황과 같은 전이금속 칼고지나이드계 화합물(TMDC)에서 스핀과 밸리 전류를 생성할 수 있다는 사실을 확인했다.

연구팀은 TMDC 물질을 헤테로 구조로 만들면 빛으로 스핀 전류와 밸리 전류를 효율적으로 생성할 수 있다는 사실을 밝혀냈다.

또 시공간적으로 스핀 전류와 밸리 전류가 확산한 길이와 이동도를 측정하는 데 처음으로 성공했다.

이를 게이팅 전압을 통해 쉽게 제어하는 방법도 발견해 스핀과 밸리를 이용해 편리하게 정보를 저장하고 관리할 수 있는 기술을 개발했다.

연구결과는 24일 국제적 과학학술지 ‘사이언스’ 최신호에 발표했다.

1저자인 김종환 교수는 “독특한 전자구조 때문에 밸리 전류를 효율적으로 생성하고 멀리 흘려보낼 수 있다”며 “밸리 전자의 물리적 특성 연구는 물론 광소자로 활용할 수 있는 원천기술을 개발할 수 있다는 점에서 학계의 관심이 크다”고 말했다.

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