연구성과

전자 이병훈 교수팀, 적은 전력으로도 빠르게 돌아가는 ‘반도체 회로’ 나왔다

2022-07-18 759

[이병훈 교수팀, 반양극성 스위치 신소자 이용해 삼진 회로 구현]

[“기존 회로 대비 반도체 칩의 전력 소모 크게 줄여”]

매일 꼭 한 번은 충전해야 하는 휴대전화. 이는 휴대전화의 기능이 고도로 발달하면서 소모되는 전력량 역시 늘어난 탓이다. 휴대전화뿐만 아니라 클라우드 데이터센터, 슈퍼컴퓨터 등 막대한 데이터를 처리하기 위해선 이에 상응하는 전력이 필요하다. 최근 연구팀은 이처럼 기하급수적으로 늘어나는 반도체 칩의 전력 소모를 줄일 가능성을 열었다.

전자전기공학과 이병훈·강석형 교수· 박사과정 이용수 씨 연구팀은 적은 전력으로도 우수한 성능을 보이는 삼진 로직 회로(Ternary logic circuit)에 필요한 원천소자기술을 개발하는 데 성공했다. 이 연구성과는 국제 학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 최근 게재됐다.

삼진 로직 회로는 0과 1로 동작하는 기존의 이진 회로와 달리, 0, 1, 2로 동작하는 회로다. 처리할 수 있는 정보의 양이 늘어날 뿐만 아니라, 이진 회로보다 필요한 소자 수가 적어 전력 소모 또한 줄어들 것으로 여겨졌다. 다만, 회로의 구조적인 문제로 정보처리 과정에서 누설전류가 생겨 실제로는 여전히 전력 소모가 컸다.

연구팀은 특정 전압 영역에서만 전도성을 띠는 반양극성(Anti-Ambipolar) 스위칭 소자를 개발, 삼진 회로의 누설전류 문제를 해결했다.


반양극성 스위칭 소자를 이용한 삼진 회로는 누설 전류가 거의 발생하지 않았으며 0.15마이크로와트(μW, 1μW=100만분의 1W)의 적은 전력으로도 탁월한 성능을 보였다. 이 전력량은 다른 삼진 회로에서 필요했던 전력량의 7분의 1에 불과하다.

이번에 개발된 소자는 전원 전류비(Peak-to-Valley Ratio)가 106로 우수할 뿐 아니라, 칩 단위의 대면적 공정이 가능하고 안정적이고 균일하게 동작하여 삼진 회로의 상용화 가능성을 더욱 높였다는 게 특징이다.

이 연구성과는 급격히 늘어난 전력 소모로 어려움을 겪는 반도체 기술의 한계를 돌파할 수 있는 대안으로 학계의 이목을 끈다. 전력 소모를 줄임으로써 관련 산업의 경쟁력을 확보하고, 막대한 전력 사용으로 인한 환경 오염을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 이 연구는 한국연구재단 미래소재디스커버리사업, 차세대지능형반도체기술개발사업의 지원을 받아 이뤄졌다.