news부품 75% 줄이고 속도 4배…포스텍, 차세대 반도체 소자 개발

출처: 동아사이언스 2026.05.19 https://www.dongascience.com/news/77975

부품 75% 줄이고 속도 4배…포스텍, 차세대 반도체 소자 개발

발행일: 2026-05-19 14:30

포스텍 연구팀이 반도체 부품 하나로 여러 기능을 동시에 처리하는 트랜지스터를 개발했다. 부품 수가 75% 줄고 데이터 처리 속도는 4배 빨라졌다. 첨단 마이크로칩 이미지. 게티이미지뱅크 제공

스마트폰과 AI 기기가 작아질수록 반도체 부품은 더 많이 필요해진다. 국내 연구팀이 부품 하나로 여러 기능 을 동시에 처리하는 기술을 개발했다. 부품 수는 75% 줄고 처리 속도는 4배 빨라졌다.

포스텍은 이병훈 전자전기공학과·반도체공학과 교수, 전재현 전자전기공학과 박사 연구팀이 반도체 소자 하나로 여러 회로 기능을 동시에 수행하는 트랜지스터 기술을 개발했다고 19일 밝혔다. 연구 결과는 국제학 술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 3월 14일 실렸다.

반도체 산업의 핵심 과제 중 하나는 더 작은 칩에 더 많은 기능을 넣는 것이다. 기능이 늘어날수록 회로와 트 랜지스터 수도 늘어난다. 이미 완성된 칩에 기능을 추가할 때는 기존 구조 보호를 위해 400도 이하 저온 후 공정(BEOL)이 필수다. BEOL은 칩 제조 과정에서 금속 배선을 연결하는 마무리 공정이다.

연구팀은 차세대 반도체 소재로 주목받아 온 '산화아연(ZnO)'과 '텔루륨(Te)'을 결합해 'ZnO-Te 이종접합 트랜지스터'를 만들었다. 두 소재 모두 200도 이하에서 얇고 균일하게 제작할 수 있어 BEOL 공정 및 3차원 적층 집적 기술과 호환된다.

이종접합은 특성이 다른 두 반도체를 결합한 소자로 전압을 높여도 전류가 일정하게 늘지 않는 독특한 특성 을 구현할 수 있다. 개발된 소자는 전압이 올라가도 특정 구간에서 오히려 전류가 줄어드는 '부성 미분 트랜 스컨덕턴스(NDT)' 특성을 보인다. 일반 트랜지스터와 달리 신호 속도를 배수로 높이는 주파수 체배, 더 많 은 값을 한 번에 처리하는 다치 로직 같은 특수 회로에 유리하다.

연구팀은 한 소자 안에서 NDT 현상을 두 번 연속 일으키는 '이중 부성 미분 트랜스컨덕턴스(D-NDT)' 구현 에 성공했다. 여러 소자가 나눠 하던 일을 소자 하나가 처리하게 한 셈이다.

핵심은 두 소재의 겹침 길이를 정교하게 조절한 데 있다. 겹치는 구간이 짧으면 전류가 한 번만 변하지만 길 어지면 가로·세로 방향 전류가 동시에 형성되며 전류 피크가 두 번 생긴다. 일직선으로 흐르던 전류가 입체 교차로를 만난 것처럼 더 복잡한 신호 처리가 가능해진다.

연구팀은 소자 하나로 입력 신호를 네 개로 변환하는 '주파수 4체배기'를 구현했다. 기존에는 트랜지스터 여 러 개가 필요했지만 단일 소자로 해결해 트랜지스터 수를 75% 줄였다. 실험에서는 신호 한 주기 안에서 데 이터 처리 속도가 4배 높아지는 것도 확인했다.

이병훈 교수는 "복잡한 회로 기능을 단일 소자 수준에서 구현할 수 있다는 가능성을 보여줬다"며 "초소형 AI 기기나 3차원 고집적 반도체 시스템 개발에 폭넓게 활용될 것"이라고 밝혔다.

<참고자료> doi.org/10.1002/adfm.74948