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[기술] UNIST 연구팀, 세계 최초 ‘초절전 3진법 반도체’ 웨이퍼에 구현

date2019-07-19

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울산과학기술원(UNIST) 전기전자컴퓨터공학부 김경록 교수 연구팀이 세계 최초로 3진법 기반의 금속 산화막 반도체(Ternary Metal Oxide Semiconductor)’를 대면적 실리콘 웨이퍼에서 구현하는데 성공했다.

 

이 연구 결과는 15(영국 현지시간) 세계적인 학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 발표됐다.

 

3진법 반도체는 초절전·고성능·소형화 등에 장점을 갖춰 4차 산업혁명 시대에 각광받는 차세대 기술 중 하나다. 반도체 업계는 그간 인공지능(AI), 자율주행, 사물인터넷(IoT) 등 대규모 정보를 빠르게 처리하는 고성능 반도체를 만들기 위해 반도체 소자의 크기를 줄여 집적도를 높이는데 집중해왔다.

 

또 현재 2진법 기반의 반도체에서 정보를 처리하는 시간을 단축하고, 성능을 높일수록 증가하는 소비전력을 줄이는 문제를 해결하기 위한 다양한 시도를 해왔다.

 

3진법 반도체는 이러한 문제들을 해결할 수 있는 대안 중 하나로 주목받고 있다.

 

예컨대 김경록 교수 연구팀이 개발한 3진법 반도체는 0, 1, 2 값으로 정보를 처리하는데 기존 2진법(0, 1 값으로 정보 처리) 반도체보다 처리해야 할 정보의 양이 줄어 계산 속도가 빠르고, 그에 따라 소비전력도 줄일 수 있기 때문이다. 이는 반도체 칩 소형화에도 강점이 있다.

 

반도체 소자의 크기를 줄여 단위면적당 집적도를 높여 급격히 증가하는 정보를 효과적으로 처리하려면 소자의 소형화로 인한 양자역학적 터널링 현상이 커져 누설전류가 증가하고, 이로 인해 소비전력이 증가하는 문제가 크다.

 

김경록 교수 연구팀은 이에 소비전력 급증의 주요 원인 중 하나인 누설 전류 문제를 해결하기 위해 누설전류의 양에 따라 정보를 3진법으로 처리하도록 구현했다. 예컨대 숫자 128을 표현하려면 2진법으로는 8개의 비트(bit, 2진법 단위)가 필요하지만, 3진법으로는 5개의 트리트(trit, 3진법 단위)만 있으면 저장할 수 있게 된 것이다.

 

김경록 교수는 이번 연구결과는 기존의 2진법 반도체 소자 공정 기술을 활용해 초절전 3진법 반도체 소자와 집적회로 기술을 구현했을 뿐만 아니라 대면적으로 제작돼 3진법 반도체의 상용화 가능성까지 보여줬다는 것에 큰 의미가 있다기존 2진법 시스템 위주의 반도체 공정에서 3진법 시스템으로 메모리 및 시스템 반도체의 공정·소자·설계 전 분야에 걸쳐 미래 반도체 패러다임 변화를 선도할 것이라고 강조했다.

 

한편, 삼성전자는 지난 20179월 삼성미래기술육성사업 지정테마로 김경록 교수팀의 연구를 선정하고, 이를 지원해왔다. 아울러 현재 자사 파운드리(반도체 수탁생산) 공장에서 3진법 반도체 구현도 검증하고 있다.