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삼성전자가 18일 꿈의 소재로 일컬어지는 그래핀을 활용해 미래 트랜지스터 개발 가능성을 공식 발표함으로써 또 하나의 기적적인 정보기술(IT)혁명을 이뤄냈다. 그래핀은 컴퓨터 처리 속도를 무려 100배나 향상시키는 획기적인 기술이어서 이를 발판으로 삼성전자는 미래의 IT 시장에서도 확고한 주도권을 확보해나갈 것으로 예상된다.
삼성전자는 앞으로 10년 안에 그래핀 기술을 상용화할 계획이어서 이를 활용해 메모리와 비메모리 반도체, 태양전지와 터치스크린 패널 등을 생산할 경우 글로벌 시장에서의 파급효과가 막대할 것으로 보인다. 정현종 전문연구원은 "새로운 트랜지스터를 상용화하면 100배 빠른 CPU나 D램ㆍ낸드플래시ㆍ디스플레이 등 다양한 제품에 적용해 성능을 끌어올릴 수 있다"고 말했다.
트랜지스터는 반도체와 같은 전자장치나 회로를 구성하는 최소단위가 되는 부품이다. 반도체에는 실리콘 소재의 트랜지스터가 수십억개씩 들어 있다. 트랜지스터 내에서 이동하는 전자의 속도가 빠를수록 반도체의 성능이 좋아지기 때문에 업계에서는 그동안 전자 이동도가 실리콘보다 10배 이상 빠른 그래핀을 새로운 트랜지스터의 소재로 주목해왔다.
그러나 그래핀의 경우 금속 성질 때문에 전류 흐름을 효과적으로 제어할 수 없다는 점이 난관이었다. 트랜지스터는 전류의 흐름과 차단을 통해 디지털 신호인 0과 1을 나타내기 때문에 전류의 흐름이 제어되지 않으면 결국 아무런 기능을 할 수 없게 된다.
삼성전자는 그래핀이 실리콘과 접합하면 '쇼키 장벽(Schottky Barrier)'이라는 일종의 에너지 장벽이 생긴다는 점을 응용했다. 전류의 양이 적으면 전자가 쇼키 장벽을 넘지 못해 흐름이 차단되는 원리다. 그래핀 소재의 강점을 그대로 구현하면서 상용화의 최대 난관이었던 전자 이동 차단 문제를 해결한 것이다.
그래핀이란 흑연(Graphite)과 이중결합(Dinne)이라는 용어를 결합해 만든 합성어로 강철보다 100배 단단하고 열과 전기 전도성이 높다. 또 신축성도 우수해 휘어지는 디스플레이로도 활용할 수 있다.
이번 기술 개발로 삼성전자가 기대하는 가장 큰 효과는 실리콘을 통해 반도체를 만들 때의 한계인 '10나노의 벽'을 뛰어넘을 수 있다는 점이다. 실리콘을 통해 반도체를 생산할 경우 10나노급 반도체가 기술적인 한계로 여겨지는 상황에서 새로운 소재인 그래핀을 활용하게 되면 동일한 나노 공정만으로도 속도가 100배 빨라져 사실상 기존 방식을 뛰어넘게 된다. 더욱이 그래핀을 활용하면 10나노를 넘어 한 자릿수 나노급의 반도체 생산도 이론적으로 가능해져 IT분야에 새로운 혁명을 불러일으킬 것으로 전망된다.
또 열 발생량도 실리콘보다 적고 강도도 강철의 100배에 달해 사용범위가 무궁무진하다는 것도 장점으로 꼽힌다. 업계의 한 관계자는 "삼성전자가 그래핀을 통해 CPU를 만들면 강도나 처리 속도 등이 우수해져 단순하게 가정해도 CPU를 넣을 수 있는 범위가 많아지게 된다"며 "10년 내 상용화를 목표로 연구개발을 진행한다고 발표한 만큼 이 기술이 현실화되면 제2의 IT 혁신이 가능해질 것"이라고 평가했다.
다만 삼성전자가 이번에 사이언스지에 게재한 기술은 실리콘 위에 그래핀을 덮은 뒤 2개의 판을 접합해 한 개의 소자로 만든 일종의 하이브리드 방식이다.
반도체뿐만 아니라 디스플레이 패널 등으로 활용할 수 있다는 점도 장점으로 꼽힌다.
삼성전자의 한 관계자는 "그래핀을 활용해 메모리 반도체에 적용하게 될 경우 차세대 메모리와 연계해 혁신적인 제품을 만들어낼 수 있을 것"이라며 "디스플레이 패널 등에도 적용이 가능한 만큼 다양한 형태로 상용화할 수 있을 것"이라고 설명했다.
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