반도체 성능 '뻥튀기' 원인 찾았다 작성일 11-03 38 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">UNIST 연구팀</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="0JxOfOQ9Ji"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="24292f22a7be684491affd42b7aa0824ac0aeb4035bfb5b8fedd8b6893267448" dmcf-pid="piMI4Ix2iJ" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="반도체를 나타낸 이미지. 게티이미지뱅크 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/03/dongascience/20251103164352368cfam.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="3GT9I9vmRn" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/03/dongascience/20251103164352368cfam.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 반도체를 나타낸 이미지. 게티이미지뱅크 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="7c74516e191fb3b2549a595f3cbceb3672ec1064e6c7f63df4a208186d4aa09d" dmcf-pid="UnRC8CMVnd" dmcf-ptype="general">국내 연구진이 지금까지 반도체 개발 과정에서 연구자들의 나침반 역할을 해온 성능 평가 지표에 심각한 오류가 숨어 있다는 사실을 밝혔다.</p> <p contents-hash="511f3de9e7225f7ada607c50974200864ca0a9ea664af87005510d1cab71593c" dmcf-pid="uLeh6hRfMe" dmcf-ptype="general">울산과학기술원(UNIST)은 김정환·정창욱 반도체소재·부품대학원 교수팀이 반도체 소자의 주요 성능 지표인 ‘전계 효과 전하 이동도(Field-Effect Mobility)’가 소자 구조에 따라 실제보다 최대 30배까지 부풀려져 측정될 수 있음을 규명하고 이 같은 문제를 해결할 반도체 소자 구조 설계 표준을 제시했다고 3일 밝혔다.</p> <p contents-hash="f0bf93a753e679e37145f37a4454ba633ac8c4b9099677f71a72ab7618b9de3c" dmcf-pid="7odlPle4JR" dmcf-ptype="general">전하 이동도는 반도체 내부에서 전하(전류)가 얼마나 빠르고 효율적으로 움직이는지를 나타내는 지표다. 전하 이동도가 클수록 소자가 더 빠르게 작동하고 전력 소모는 줄어들기 때문에 고성능 반도체 칩 개발의 성패를 가늠하는 중요한 척도로 여겨진다.</p> <p contents-hash="5c960c21ce98782cbc04cfdfe6c8ab4350a53e92b268f455c51cbce18acb7d23" dmcf-pid="zgJSQSd8dM" dmcf-ptype="general">연구팀은 전하 이동도는 산화물 박막트랜지스터(Thin-Film Transistor) 반도체 소자의 기하학적 구조에 따라 최대 30배 이상 과대 측정될 수 있다는 점을 밝혔다. </p> <p contents-hash="9feea84ed78198225ede8f3147c342fc597fe39d3791f1225edc8b17d62e4cb8" dmcf-pid="qaivxvJ6ex" dmcf-ptype="general">연구팀은 과대 측정되는 원인으로 ‘샛길’로 흐르는 '프린지 전류(fringe current)'를 지목했다. 박막트랜지스터 소자에서 전류는 ‘소스 전극’으로 들어와 정식 통로인 ‘채널’을 거쳐 ‘드레인 전극’으로 빠져가는 형태다.</p> <p contents-hash="59c220cd9637ac9d766ad013288b02fdeb53d65e477354d9e87d5c771e10ec8f" dmcf-pid="BJxOfOQ9eQ" dmcf-ptype="general">그런데 채널 폭이 전극보다 훨씬 넓을 경우 전류가 전극 바로 아래의 본래 통로뿐만 아니라 전극 바깥의 넓은 주변부로까지 퍼져 흐르는 프린지 전류가 생긴다. 측정 장비는 이 같은 모든 전류를 합산해 성능을 계산하므로 실제보다 부풀려진 결과가 나오게 된다. </p> <p contents-hash="2f6500c17548227f0a12a2dd707bf2e151c477b958b021b39f2124d70dd0eab8" dmcf-pid="biMI4Ix2RP" dmcf-ptype="general">전하이동도를 차가 꽉 막힌 고속도로에서 자동차의 평균 속도에 비유한다면 프린지 전류는 갓길로 인해 마구 달리는 자동차의 속도까지 합산시켜 전체 평균 속도가 실제보다 훨씬 빠른 것처럼 착각하게 만드는 효과를 내는 것이다. </p> <p contents-hash="d9413b426dcec6b7d4f8795597cbf1d74e99e7ee0e93bf6639cf184798969bde" dmcf-pid="KnRC8CMVi6" dmcf-ptype="general">연구팀은 문제를 해결하기 위한 박막트랜지스터 소자 설계 표준도 제시했다. 채널 폭을 전극 폭보다 좁게 설계하거나 부득이한 경우에는 전극의 폭이 전체 소자 길이(L)보다 12배 이상 크도록 설계해야 한다는 것이다.</p> <p contents-hash="ae0b0ab7c23f4d4730fcc21d6ac29265ea66b6f2f59c762424e3ad69226ccd53" dmcf-pid="9Leh6hRfn8" dmcf-ptype="general">연구팀이 개발한 기준을 따랐을 때 프린지 전류의 영향이 거의 사라져 실제 이동도와 측정 이동도의 차이가 없어지고 정확한 성능 측정이 가능함을 실험과 시뮬레이션을 통해서 입증했다. </p> <p contents-hash="066a963e600ba54c32e4123c697258079ba466f9dc2cc1eb0f04fc666fa7f2c0" dmcf-pid="2odlPle4i4" dmcf-ptype="general">또 홀 이동도(Hall mobility)라는 지표를 함께 측정해 전계 효과 이동도와 교차 검증할 것을 권고했다. 홀 이동도는 완성된 소자가 아닌 반도체 박막 물질 자체의 고유한 전기적 특성을 측정하는 방식이다. 반도체 소자의 기하학적 구조로 인해 발생하는 오류에서 자유롭다. </p> <p contents-hash="0c2563f856289d2889537ec9e257a14ac8dadb73a586bcf7e3374fe87d5f48c9" dmcf-pid="VgJSQSd8ef" dmcf-ptype="general">김정환 교수는 “소자 성능 측정 오류는 성능이 과대 평가된 소재를 유망한 차세대 기술로 오인하게 해 연구 역량을 허비하게 하거나 객관적인 기술 비교를 불가능하게 해 반도체 산업 전체의 발전을 저해할 수 있다”며 “이를 해결할 수 있는 글로벌 표준을 제시했다는 점에서 의미 있는 연구”라고 말했다.</p> <p contents-hash="d10a87e490108f8c7fca306b609019c2aeacc63fd060a11649804742bd8545b8" dmcf-pid="faivxvJ6dV" dmcf-ptype="general">연구성과는 미국화학학회에서 발간하는 나노분야 학술지인 '에이씨에스나노(ACS Nano)'에 10월 21일 출판됐다. </p> <p contents-hash="ba8f063a43ae97e5f049994af95fa7614216079c1b522d711a19127469662f1e" dmcf-pid="4NnTMTiPd2" dmcf-ptype="general"><참고자료><br> -https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c11904</p> <p contents-hash="6c36efee7258e7e607445623218d24fdc87e5ba4797867ca359ff2967604e9c9" dmcf-pid="8jLyRynQL9" dmcf-ptype="general">[이채린 기자 rini113@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 [칼럼] 데이터 주권 시대, '운영 유연성'이 곧 미래 경쟁력이다 11-03 다음 “14억 인구 선점하자”… 인도서 혈투 벌이는 글로벌 AI 기업 11-03 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
