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[IT뉴스]필요한 부분만 두껍게…초박막 반도체 접촉저항 50분의 1, 전류 17배↑

온카뱅크관리자

2026-05-12 11:47:33

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 CHAT GPT 생성이미지
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 국내 연구팀이 필요한 부분만 두껍게 만드는 구조 설계로 초박막 반도체 성능 한계를 극복할 방안을 제시했다. 텔루륨(Te) 기반 반도체 소자에서 접촉저항은 50분의 1로, 저온 상태에서 전류는 17배 증가시키는 데 성공했다.
 포스텍은 이병훈 전자전기공학과·반도체공학과 교수팀이 초박막 텔루륨 트랜지스터에서 반도체와 금속 사이의 접촉 구조를 두껍게 설계해 접촉저항을 획기적으로 줄이는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 연구결과는 3월 27일(현지시간) 국제학술지 '미국화학회(ACS) 나노'에 공개됐다.
 인공지능(AI) 구현의 핵심인 고성능 컴퓨팅 소자에서는 연산을 담당하는 '로직'과 데이터를 저장하는 '메모리' 사이의 데이터 전송 시간 지연 및 에너지 손실이 숙제다. 로직과 메모리를 수직으로 쌓는 3차원 집적 구조가 해결 방안으로 제시되지만 400℃ 이하의 저온 공정 적용이 필수적이다.
 텔루륨은 전하 이동도와 상온 안정성, 저온 공정 가능성 덕분에 3차원 집적 구조의 유력한 소재로 꼽힌다. 텔루륨은 전자가 쉽게 이동하는 대신 트랜지스터를 꺼도 전류가 새는 누설전류를 줄이기 위해 5나노미터(nm, 1nm는 10억분의 1m) 이하의 초박막으로 만들어 전자를 정밀 제어해야 한다.
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 <img alt="텔루륨 트랜지스터 모식도(왼쪽)와 낮아진 접촉저항으로 전류가 개선된 트랜지스터 특성. 포스텍 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202605/12/dongascience/20260512114718256nryl.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="fL0CMNkLRJ" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202605/12/dongascience/20260512114718256nryl.jpg" width="658">
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 텔루륨 트랜지스터 모식도(왼쪽)와 낮아진 접촉저항으로 전류가 개선된 트랜지스터 특성. 포스텍 제공
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 두께가 얇아지면 금속과 반도체 사이에는 전자가 넘어야 하는 에너지 장벽인 '쇼트키 장벽'이 커진다. 누설전류를 줄이면 접촉저항이 증가해 소자 성능이 떨어지는 딜레마가 발생한다는 뜻이다.
 연구팀은 전류가 드나드는 부분인 전극과 직접 맞닿는 부분만 텔루륨을 더 쌓아 두껍게 만든 '융기된 소스·드레인(RSD)' 구조를 구현했다. 박막은 4nm로 얇게 유지해 누설전류를 억제하면서 금속 전극과 만나는 부분에만 텔루륨을 추가로 쌓아 전류 흐름을 원활히 만든 것이다.
 RSD 구조를 적용한 텔루륨 소자는 접촉저항이 97.5킬로옴·마이크로미터(kΩ·μm)에서 1.7kΩ·μm으로 50분의 1 수준까지 감소했다. 영하 196℃ 저온 환경에서 소자가 켜진 상태에서의 전류도 17배 이상 증가했다.
 RSD 구조는 대면적 저온 증착 공정인 스퍼터링으로 구현할 수 있어 실제 반도체 양산 공정에 도입하기 용이하다.
 이 교수는 "얇을수록 저항이 커지는 초박막 반도체의 고질적인 딜레마를 '국소적 두께 제어'라는 새로운 밴드 엔지니어링 방식으로 돌파한 것"이라며 "텔루륨뿐 아니라 다양한 2차원 및 초박막 반도체 소자의 고성능화와 차세대 3차원 고집적 반도체 상용화에 광범위하게 적용될 수 있는 핵심 플랫폼 기술이 될 것으로 기대한다"고 밝혔다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1021/acsnano.5c18395
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 <img alt="왼쪽부터 이병훈 포스텍 전자전기공학과·반도체공학과 교수, 김민재 연구원, 반준호 연구원. 포스텍 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202605/12/dongascience/20260512114719550hyvv.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="4wtsPojJnd" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202605/12/dongascience/20260512114719550hyvv.jpg" width="658">
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 왼쪽부터 이병훈 포스텍 전자전기공학과·반도체공학과 교수, 김민재 연구원, 반준호 연구원. 포스텍 제공
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 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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