진공관을 나노 크기로...우주서도 전자제품 사용

DGIST, '10억분의 1m' 나노 진공관 트랜지스터 개발
-173~120도까지 우주 등 극한 환경에서도 정상 작동

대구경북과학기술원(DGIST) 장재은 교수팀이 개발한 초소형 나노 진공 트랜지스터. DGIST 제공

[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST)에서 우주나 극한의 환경에 쓰이는 전자제품에 쓰일 초소형 나노 진공관 트랜지스터를 개발했다.

영하 173도~영상 120도 견뎌

이 진공관 트랜지스터는 10억분의 1m 크기로 초소형화 했다. 특히 영하 173도에서 영상 120도까지 견뎌내고, X선과 자외선이 많은 우주공간에서도 사용할 수 있게 만들었다. 극한의 외부 환경에 영향을 받지 않고 안정적으로 동작하는 초소형 나노 진공관 트랜지스터는 향후 항공우주, 인공지능, 6G 통신, 자율주행 자동차 등 다양한 분야의 획기적인 발전에 기여할 수 있을 것으로 보인다.

DGIST 장재은 교수는 "이번 연구를 통해 개발된 초소형 나노 진공관 트랜지스터는 진공 소자 실용화의 장벽을 낮출 수 있는 새로운 기술"이라며 "기존 반도체 기술의 대체 뿐만아니라 미국 항공우주국(NASA)에서도 연구하고 있어, 최근 떠오르고 있는 항공우주 분야와 광범위한 차세대 전자 소자에 중요한 해결책이 될 수 있을 것"이라고 말했다.

7일 DGIST에 따르면, 연구진은 과거 진공관의 원리와 현대 반도체 생산 기술을 결합해 나노 진공관 트랜지스터를 만들었다. 실리콘 기반의 반도체 트랜지스터의 근본적인 문제를 해결하기 위해서 비어있는 상태인 진공을 채널로 이용했다. 또 양자역학적 터널링 현상을 동작 원리로 채용했다.

10억분의 1m 사이즈 초소형화

이 진공관 트랜지스터는 나노 공정 기술을 적용해 진공 소자를 약 10억분의 1m 사이즈로 초소형화했다.

또한, 진공 상태에서만 동작하는 진공 트랜지스터의 한계를 극복하기 위한 진공 보호막 형성 기술을 개발해 약 100경분의 1L로 부피를 극소화한 초소형 진공관 개발해 트랜지스터를 안정적으로 사용할 수 있도록 설계했다. 테스트 결과, 이 초소형 진공관은 대기압 상태에서 안정적으로 작동하는 높은 품질의 진공도를 15개월 이상 유지했다. 알루미늄 박막 밀봉층을 가지는 진공 챔버는 가시광선, 자외선 등 노출된 빛을 효과적으로 차단해 진공 터널링 트랜지스터가 안정적으로 작동했다.

특히 영하 173도 ~ 영상 120도의 넓은 온도 범위 및 X선, 자외선 등 극한의 외부 환경 변화에도 안정적으로 작동했다. 연구진은 "이 장치가 접합된 나노 진공 트랜지스터가 특수한 장치 없이 다양한 극한 조건에서 작동했다"고 설명했다.

이어 "기존의 CMOS 반도체 공정과 호환성이 높고 간단한 방식으로 제작 될 수 있어 기존 반도체 기술의 문제를 해결할 수 있는 새로운 대안이 될 수 있다"고 덧붙였다.

[e-mail] 김만기 기자