버클리 연구소의 과학자들은 원자 단위의 얇은 트랜지스터와 회로를 배양하고 있다. 그래핀 기반 반도체에 회로.

<img class="-up-content -lazy-image" alt="" src="/img/transparent.gif" data="https://ncache.ilbe.com/files/attach/new/20160730/481901/8322567211/8514579463/3b511d56318c0235536fe4dc1680a111.gif"/>  버클리 연구소의 과학자들은 원자 단위의 얇은 트랜지스터와 회로를 배양하고 있다.미래의 칩은 2D 그래핀 이황화몰리브덴(MoS2) 헤테로 구조를 기반으로 만들어질 수도 있다.차세대 전자공학과 컴퓨팅 기술, 종이 두께의 디바이스를 만들 수 있는 길을 개척하고 있다. 미국 에너지부 로렌스버클리국립연구소(Lawrence Berkeley National laboratory, 버클리연구소)의 과학자들은 트랜지스터와 회로를 몇 개의 원자 두께로 화학적으로 조립할 수 있는 방법을 개발했다. 게다가 이들이 개발한 방법은 실제 세계의 적용과 상업화를 생각할 수 있을 정도로 충분한 규모를 갖추고 있다. 이 연구 결과는 7월 11일 ‘네이처 나노테크놀러지(Nature Nanotechnology)’ 저널에 게재되었다.과학자들은 그래핀에 회로에 해당하는 좁은 경로를 새기고 트랜지스터를 합성하는 공정을 제어한다. 그리고 전이 금속 칼코겐화합물라고 부르는 반도체를 빈 경로에 채운다. 이러한 물질들은 한 층으로 이루어진 결정이고 원자 단위로 얇아서 두 부분의 어셈블리는 기본적으로 2차원 전자구조를 가지고 있으며 이는 몇 센티미터의 길이에 몇 밀리미터 너비의 비교적 큰 면적을 커버하였다. 이 연구를 주도한 버클리연구소 소재과학부문의 수석 과학자인 시앙 장 박사는 이렇게 말했다. ‘이 연구는 원자두께의 전자공학과 작은 공간에 컴퓨팅 파워를 압축하는 방법을 상업적이고 반복적으로 구현할 수 있는 커다란 진전이다.’그들의 연구는 매 2년 마다 집적회로의 트랜지스터 숫자가 두 배로 늘어난다는 무어의 법칙의 페이스를 지켜내려는 새로운 연구이다. 과학자들은 이러한 페이스를 지켜내기 위해서는 곧 트랜지스터의 길이가 10나노미터 이하가 되어야 한다고 말한다. 논문의 저자는 이렇게 설명했다. ‘실리콘으로는 매우 어려운 과제이다. 트랜지스터 채널의 두께가 채널의 길이보다 더 두꺼워지기 때문이다. 무기 나노섬유와 같은 나노물질과 스탠포드/IBM이 개발한 카본 나노튜브가 제안되었지만 이 같은 소재들은 정확한 조립을 위해 비현실적인 복잡한 조립기술을 이용해야 한다.’무어의 법칙을 고수하기 위한 2차원적 해결방법 <div dis-id="attachment_284794" class="wp-caption aligncenter" sizcache="26" sizset="1" jquery1468978564747="48" style="margin: 0px; padding: 0px; width: 346px;"><img title="graphene – MoS 2 heterostructure" class="size-full wp-image-284794" border="0" alt="" src="http://www.kurzweilai.net/images/graphene-%E2%80%93-MoS-2-heterostructure.png" width="336" height="222" style="margin: 0px; padding: 0px;"> </div>원자 두께의 그래핀 이황화몰리브덴(MoS2) 헤테로 구조 광학 이미지. 화살표는 이황화몰리브덴 영역의 핵생성과 트랜지스터 형성을 보여준다.과학자들은 현재 하나의 분자두께를 가진 2차원 크리스탈 기술을 연구하고 있으며 이는 무어의 법칙을 고수할 수 있는 대안적 물질이 될 수 있다. 버클리연구소의 과학자들은 이러한 접근방법을 이용하여 단일 레이어 반도체를 개발하고 있다. 이 경우에는 그래핀층 위에 회로에 해당하는 빈틈을 만들고 다시 그 위에 전이 금속 칼코겐화합물(TMDC) 이황화몰리브덴(MoS2) 층을 만들어 채널을 만들었다. 이 두 개의 원자 시트는 분자 두께의 트랜지스터를 생성하는 나노미터 크기의 연결 지점을 만들고 그래핀전도체는 효과적으로 전류를 이황화몰리브덴으로 보내게 된다.버클리 대학교와 버클리연구소 장 박사 연구진의 박사과정 학생이며 수석저자의 한 명인 머빈 자오는 이렇게 설명했다. ‘이러한 접근방법은 2차원 물질을 이용하여 전자회로의 화학적 조립을 가능하게 한다. 이는 전통적인 전이 금속 칼코겐화합물 이용방법에 비해 성능이 향상된다.’아직 실제로 그래핀 기반 반도체에 회로를 새겨 웨이퍼에 양산하는 것은 무리겠지만, 그 단계까지 가기 위한 기반 기술이 실증된 것이다. 원자 두께의 얇은 레이어로 구성된 2차원 크리스탈 (two-dimensional crystals) 기술은 앞으로 많은 연구 과제가 남아 있지만 차세대 반도체 후보 가운데 하나이다. 기존의 반도체 기술을 대체하기 위한 차세대 기술이 여러 방향으로 개발되고 있으므로 어느 것이 최종적으로 승자가 될지는 아직 판단하기 어렵다. 앞으로 양자 컴퓨터나 인간의 뇌를 닮은 형태의 컴퓨터 등 다양한 시도가 계속되고 있어 미래의 컴퓨터의 모습을 예측하기는 아직 어려운 일이다.이 연구는 해군연구소와 국립과학재단의 지원을 받았다. 코넬 대학교 연구원들도 본 연구에 참여했다

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버클리 연구소의 과학자들은 원자 단위의 얇은 트랜지스터와 회로를 배양하고 있다. 그래핀 기반 반도체에 회로.

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