혁신적 반도체 나오나… 0·1만 알던 반도체, 0·1·2로 진화

삼성전자가 2진법 기반의 반도체 개념을 뛰어넘는 '3진법 반도체' 기술을 파운드리(반도체 수탁생산) 공정에서 검증하고 있어 주목받고 있다. 3진법 반도체는 미래 기술이지만 향후 반도체 양산공정에 적용된다면 지금보다 향상된 초절전·고성능·소형화 반도체 개발이 가능해 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 자율주행 등의 발전에 상당한 기여를 할 것으로 기대된다.

17일 삼성전자에 따르면 삼성미래기술육성사업 지원을 받은 울산과학기술원(UNIST) 전기전자컴퓨터공학부 김경록 교수 연구팀이 초절전 '3진법 금속-산화막-반도체(Ternary Metal-Oxide-Semiconductor)'를 세계 최초로 대면적 실리콘 웨이퍼에서 구현하는데 성공했다.

이 연구 결과는 지난 15일 세계적인 학술지 네이처 일렉트로닉스에 발표됐다.

삼성전자 관계자는 "반도체업계는 현재 2진법 기반의 반도체에서 정보를 처리하는 시간을 단축하고, 성능을 높일수록 증가하는 소비전력을 줄이는 문제를 해결하기 위해 고민해 왔다"며 "이러한 문제들을 해결할 방법으로 '3진법 반도체가 주목받고 있다"고 전했다.

김 교수 연구팀이 개발한 3진법 반도체는 0, 1 값을 기본으로 하는 2진법 반도체와 달리 0, 1, 2 값으로 정보를 처리한다. 이에 따라, 3진법 반도체는 처리해야 할 정보의 양이 줄어 계산 속도가 향상되고 소비전력도 절감된다. 아울러, 반도체 소자를 줄여 반도체칩 소형화에도 도움이 된다.

예를 들어, 숫자 128을 표현하려면 2진법으로는 8개의 비트(bit)가 필요하지만 3진법으로는 5개의 트리트(trit·3진법 단위)만 있으면 정보를 저장할 수 있다.

아울러, 반도체 소자의 크기를 줄이면서 단위면적당 집적도를 높여 급격히 증가하는 정보를 효과적으로 처리하려면 누설전류가 증가하는 터널링 현상이 발생한다. 김 교수 연구팀은 누설 전류를 반도체 소자에서 정보를 처리하는 데 활용하는 획기적 연구를 한 것으로 전해졌다.

김경록 교수는 "이번 연구결과는 기존의 2진법 반도체 소자 공정 기술을 활용해 초절전 3진법 반도체 소자와 집적회로 기술을 구현했을 뿐만 아니라 대면적으로 제작돼 3진법 반도체의 상용화 가능성까지 보여줬다는 것에 큰 의미가 있다"고 밝혔다.

이어 "기존 2진법 시스템 위주의 반도체 공정에서 3진법 시스템으로 메모리·시스템 반도체의 공정·소자·설계 전 분야에 걸쳐 미래 반도체 패러다임 변화를 선도할 것"이라며 "3진법 반도체는 향후 4차 산업혁명의 핵심인 AI, 자율주행, 사물인터넷, 바이오칩, 로봇 등의 기술발전에 있어 큰 파급 효과가 있을 것"이라고 자신했다.

삼성전자는 현재 김 교수 연구팀을 지원하기 위해 경기도 기흥사업장 파운드리 라인에서 미세공정으로 3진법 반도체 구현을 검증하고 있다.

다만, 삼성전자 관계자는 "3진법 반도체 기술은 단기간에 양산 공정에 적용할 수 있는 기술은 아니다"라며 "미래 반도체 기술을 선도하는 차원에서 적극적으로 지원하고 있다"고 말했다.

[e-mail] 최갑천 기자