미국 위스콘신매디슨 대학 연구팀이 차세대 반도체 재료 가운데 하나로 꼽히는 카본나노튜브(carbon nanotube)를 이용해 실리콘 트랜지스터보다 빠르고 저전력인 탄소나노튜브로 만든 트랜지스터를 개발하는 데 성공했다고 한다.

탄소나노튜브는 탄소원자가 정육각형을 만들면서 튜브 모양을 한 작은 구조로 이뤄져 있다. 따라서 수조 개에 이르는 탄소나노튜브를 모아도 실린더에 조금 쌓이는 정도밖에 안 된다.

하지만 탄소나노튜브는 지금까지 발견된 어떤 재료보다 높은 전기 전도성을 갖추고 있어 실리콘 이후 반도체 재료로 기대를 모으고 있다. 이에 따라 20년 넘게 탄소나노튜브로 이뤄진 반도체 제작에 도전했지만 이번에 위스콘신매디슨 대학 연구팀이 결국 탄소나노튜브 트랜지스터 제작에 성공한 것이다.

잘 알려진 것처럼 현재 전자 기기 대부분은 실리콘 재질로 만들어진 반도체를 이용한다. 하지만 이론적으론 탄소나노튜브로 만들어진 반도체는 실리콘 반도체의 성능을 압도한다. 실리콘 반도체보다 빠르게 동작하는 데다 저전력이다. 연구팀이 만든 탄소나노튜브 트랜지스터는 탄소나노튜브 중 0.01% 가량 포함된 불순물에 금속 성질을 띤 불량 탄소나노튜브를 제거하는 기술, 탄소나노튜브를 선택적으로 배열시키는 폴리머 기술을 이용해 제작에 성공한 것이다.

1인치 사방에 탄소나노튜브를 적층시켜 만들었는데 같은 크기 실리콘 트랜지스터보다 1.9배 전류 밀도에 대한 내성을 실현했다고 한다. 높은 밀도로 전류를 흘려도 실리콘보다 2배 구조적인 안정성을 지닌 것으로 실리콘보다는 5배 빠르지만 5배 낮은 소비전력으로 동작 가능할 것으로 예측된다.

더구나 탄소나노튜브로 만든 트랜지스터는 작기 때문에 전기 신호를 빠르게 변화시킬 수 있어 무선 통신 대역폭을 향상시킬 수 있다고 한다. 연구팀은 탄소나노튜브 트랜지스터의 실용화를 하지 못해왔지만 이에 비해 기대감은 더 큰 과장광고 상태였다면서 잠재적 성능 향상을 생각하면 어찌 보면 당연한 일이라고 밝히고 있다. 연구팀은 앞으로 탄소나노튜브 증착 공정을 상업용으로 실용화할 수 있는 공정 개발에 나설 계획이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

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이석원 기자  lswcap@techholic.co.kr

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