삼성 '시스템 반도체' 초격차 기술 개발… 소비전력 33% 절감

강유전 물질 기반해 시스템 반도체 구현 성공
삼성전자 SAIT 연구 '네이처 일렉트로닉스' 게재
안정성 검증에 세계 최초 상용화 가능성까지 확인

차세대 소재인 강유전에 기반한 시스템 반도체 구현을 성공한 삼성전자 SAIT 연구진이 6월 1일, 연구 결과가 세계적 학술지인 네이처 일렉트로닉스 게재를 축하하며 기념촬영을 하고 있다. 삼성전자 뉴스룸 제공

[파이낸셜뉴스] 삼성전자 SAIT(Samsung Advanced Institute of Technology)가 차세대 반도체 소재로 주목받고 있는 강유전 물질을 기반으로 시스템 반도체를 구현하는데 성공했다. 이번 연구를 바탕으로 성능과 전력 효율을 높인 차세대 시스템 반도체 구현이 가능할 것으로 기대된다.

1일 업계에 따르면 삼성전자 SAIT 임직원들의 차세대 소재를 적용한 시스템 반도체 구현 연구 결과가 우수성을 인정받아 세계적 학술지인 네이처 일렉트로닉스에 게재됐다. 연구진은 시스템 반도체 성능을 좌우하는 트렌지스터의 누설 전류를 줄이고자 절연막에 활용되는 고유전 물질을 전력 효율을 극대화하는 강유전 물질로 대체하는 아이디어에 주목했다. 해당 기술을 이용하면 누설 전류의 증가 없이 동작 전압만 감소시킬 수 있고, 결과적으로 트랜지스터의 소비 전력을 크게 줄일 수 있다.

이번 연구에서는 강유전 물질의 음의 전기용량(NC) 효과를 실험적으로 측정하는데 성공했을뿐 아니라, 세계 최초로 트렌지스터의 상용화 가능성을 검증했다는 데 의미가 있다.

기존 고유전 물질을 사용한 반도체와 비교해 소비 전력을 최대 33%까지 낮출 수 있다. 또 1000조회 이상의 테스트를 통해 안정적 동작을 확인해 세계 최고 수준의 신뢰성도 증명했다.

특히 해당 기술은 3D 구조의 트랜지스터를 포함해 모든 구조의 트랜지스터에 활용할 수 있다. 기존 반도체 공정에 많이 쓰이는 물질들을 사용해 큰 비용의 증가 없이도 시스템 반도체 성능을 높일 수 있다는 장점이 있다.

조상현 삼성전자 SAIT 연구원(공동 1저자)은 "이번 연구는 강유전 물질의 NC 효과를 실험적으로 검증한 것과 더불어, 두께 미세화, 신뢰성 확보 및 NC 동작 범위 조절이 가능함을 동시에 확인하면서 차세대 저전력·고성능 시스템 반도체 소자에의 상용화 가능성을 확인했다는 데 의미가 크다"며 "해당 기술을 더욱 개선해 당사 파운드리 사업의 핵심 미래 기술이 되기를 기대한다"고 말했다.

[e-mail] 김동호 기자