삼성전자 SAIT, 차세대 소재로 시스템반도체 구현

절연막에 강유전 물질 활용해
소비전력 최대 33%까지 낮춰
‘네이처 일렉트로닉스’에 게재

삼성전자 SAIT(구 종합기술원)가 차세대 반도체 소재로 주목받는 강유전(ferroelectric) 물질을 기반으로 시스템반도체를 구현했다.

1일 삼성전자에 따르면 삼성전자 SAIT의 이 같은 연구 결과가 최근 세계적인 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’에 게재됐다. 연구 논문에는 SAIT 임직원과 디바이스솔루션(DS)부문 반도체연구소 임직원이 참여했다. 이은하·조상현·이향숙·허진성씨가 제1저자 및 교신저자로, 조연주·이광희·이현재·남승걸·박윤상·김상욱씨가 공저자로 이름을 올렸다.

반도체업계가 시스템반도체 성능 향상을 위해 트랜지스터를 미세화하고 집적도를 높이는 가운데, 연구진은 트랜지스터의 누설 전류를 막는 절연막에 활용되는 고유전 물질을 신소재인 강유전 물질로 대체하는 아이디어에 주목했다.

강유전 물질이 가진 특성을 이용하면 고유전 물질을 활용할 때와 비교해 누설 전류의 증가 없이 동작 전압만 감소시킬 수 있고, 결과적으로 트랜지스터의 소비 전력을 크게 줄일 수 있다. 저전력으로도 높은 성능의 트랜지스터를 구현할 수 있는 것이다.

삼성전자는 “이번 연구는 강유전 물질의 음의 전기용량(NC) 효과를 실험적으로 측정하는 데 성공했을 뿐 아니라, 이 효과를 활용한 트랜지스터(NCFET)의 상용화 가능성을 세계 최초로 검증했다는 데 의미가 있다”고 했다.

연구진은 기존 고유전 물질을 사용한 반도체와 비교해 동일한 구조에서 소비 전력을 최대 33%까지 낮출 수 있다는 것을 확인했다. 이 기술은 3D 구조의 트랜지스터 등 모든 구조의 트랜지스터에 널리 활용될 수 있다. 기존 반도체 공정에 많이 쓰이는 물질을 이용, 큰 비용 증가 없이 기존 반도체 기술과 접목할 수도 있다.

조상현 삼성전자 SAIT 연구원(공동 1저자)은 “강유전체 박막 성장과 소자 기술을 더욱 개선해 파운드리 사업의 핵심 미래 기술이 되기를 기대한다”고 말했다.