[이데일리 김응열 기자] 성균관대 연구팀이 인공지능(AI) 시대에 필요한 차세대 반도체 소자 기술을 개발했다.

성균관대는 강보석·박지상 성균관대 나노과학기술원(SAINT) 교수 연구팀이 전압이 변해도 전류가 일정하게 유지되는 ‘플래토 트랜지스터(plateau transistor)’를 개발했다고 28일 밝혔다. 이번 연구는 김현호 광주과학기술원(GIST) 교수 연구팀과 공동으로 이뤄졌다.

최근 AI과 빅데이터의 발전으로 반도체가 처리해야 할 데이터의 양이 폭발적으로 늘어나고 있다. 하지만 기존 반도체 기술은 성능을 높이고 크기를 줄이는 데 물리적 한계에 부딪힌 상황이다. 이에 따라 전 세계 연구진은 0과 1의 두 가지 신호만 사용하는 기존 ‘이진법’ 방식을 넘어 하나의 소자로 0, 1, 2 등 여러 상태를 동시에 표현할 수 있는 ‘다진법 논리 소자’ 연구에 집중하고 있다. 다진법 소자가 도입되면 반도체 회로가 훨씬 단순해지고 에너지를 대폭 아낄 수 있다.

하지만 초저전력 다진법 반도체를 만들기 위해서는 특정 전압 구간에서 전류가 늘어나거나 줄어들지 않고 똑같이 유지되는 특이한 성질이 필요하다. 기존 기술로는 이를 안정적으로 구현하기가 매우 어려웠다.

이를 극복하기 위해 공동연구팀은 2차원 반도체와 코발트페라이트 계면에서 나타나는 전자와 ‘폴라론(polaron)’의 상호작용에 주목했다. 전압을 조절함에 따라 폴라론이 생겨나고 사라지는 과정에서 전류의 흐름을 비선형적으로 제어할 수 있다는 점을 발견한 것이다. 이를 통해 전압이 높아져도 전류가 완벽히 평평한 구간(플래토 구간)을 유지하는 트랜지스터를 안정적으로 만들어내는 데 성공했다.

강보석 성균관대 교수는 “이번 연구로 기존 반도체 소자의 한계를 극복하고 복잡한 회로를 하나로 줄일 수 있는 차세대 다진법 소자의 가능성을 봤다”며 “앞으로 더 빠르고 에너지를 적게 쓰는 폴라론 기반 미래형 컴퓨터 소자 개발에 크게 기여할 것”이라고 말했다.