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양자성질 세계 첫 제어…상온 양자소자 실용화 가능할까

국내 연구진이 양자 움직임을 정밀하게 제어할 방법을 세계 처음 찾았다. 양자 소자 실용화에 실마리를 제공할 것인지에 관심이 쏠렸다. DGIST는 화학물리학과 조창희 교수팀이 양자 복합 입자 '폴라리톤(polariton)'의 진동을 정밀하게 조절하는데 성공했다고 3일 밝혔다. 연구팀은 양자 제어에 결정 구조의 변화로부터 유도된 전기적 특성 변화를 이용했다. 양자 기술은 기존 전자기기보다 훨씬 빠르고 정밀한 정보 처리가 가능하다. 양자 컴퓨터, 통신, 센서 등 다양한 분야에서 미래 산업을 이끌 핵심 기술로 주목받고 있다. 연구팀은 "이 같은 양자 기술의 기술의 핵심은 양자 입자의 상태를 얼마나 정확하게 만들고 조절하느냐에 달려 있다"며 "최근에는 빛을 활용하는 '광 기반 양자소자' 연구가 활발하고, 이 중심에 있는 입자가 폴라리톤"이라고 말했다. 폴라리톤은 전자의 움직임에서 만들어지는 엑시톤(exciton)이라는 상태와 빛(광자, photon)이 결합해 만들어진 복합 입자다. 빛처럼 빠르면서도 전자처럼 서로 영향을 주고받을 수 있는 특성을 지닌다. 특히 이 입자의 진동은 양자 정보를 주고받는 속도와 직접적으로 연결되며, 이를 정밀하게 제어하는 기술은 양자소자 구현에 필수적인 요소다. 하지만 지금까지는 이 진동을 자유롭게 조절하는 데 어려움이 있었다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 '페로브스카이트'라는 특수한 반도체 물질에 주목했다. 이 물질은 물이 온도에 따라 얼음이나 수증기로 상태를 바꾸듯, 결정 구조가 외부 요인에 따라 달라지는 '상전이 특성'을 갖는다. 특히, 특정 구조에서는 물질 내부에 전기가 흐르지 않아도 자발적인 전기적 방향성(강유전성)이 나타난다. 이러한 전기적 특성은 엑시톤의 성질을 변화시키고, 나아가 폴라리톤의 양자적 특성에도 영향을 미친다. 연구팀은 페로브스카이트 소재를 활용한 미세 공진기 구조를 설계했다. 최현서 연구생은 "이 구조의 상전이 특성에 따른 물질 변화가 폴라리톤의 진동(라비 진동)에 영향을 준다는 사실을 실험으로 입증했다"며 "결정 상태를 조절했더니, 폴라리톤의 진동 세기를 약 20%까지 조절할 수 있었다"고 설명했다. 최 연구생은 또 "빛과 전자의 결합 강도도 최대 44%까지 변화하는 것으로 나타났다"며 "특히, 비대칭적인 결정 구조에서 나타나는 강유전성이 이러한 변화를 유도하는 핵심 요인임을 확인했다"고 부연설명했다. 연구팀은 향후 이 기술이 양자 컴퓨터, 양자 통신, 광 기반 인공지능 칩, 초고속 센서 등 양자 정보를 다루는 다양한 분야에서, 작동 속도와 안정성을 동시에 높이는 핵심 요소로 활용될 수 있을 것으로 전망했다. 조창희 교수는 "이번 연구에서 쓰인 강유전성 기반 제어 기술은, 폴라리톤을 활용한 양자소자 설계의 유연성과 정밀도를 높이는 새로운 방법"이라며 "향후 상온에서 작동하는 실용적이고 비용 효율적인 양자 소자 구현으로 이어질 가능성도 높다"고 말했다. 연구는 DGIST 화학물리학과 최현서 박사과정생이 제 1저자로 참여했다. 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스'(3월, 온라인)에 게재됐다. 삼성미래기술육성사업 지원을 받았다.

2025.04.03 08:40박희범

KAIST, 차세대 반도체 소자 개발…성능 획기적 개선

실리콘 반도체 대비 성능을 획기적으로 개선한 차세대 반도체 소자가 개발됐다. KAIST는 전기및전자공학부 이가영 교수 연구팀이 나노 반도체 인듐 셀레나이드(InSe) 기반의 혁신적인 양극성 다기능 트랜지스터를 개발했다고 30일 밝혔다. 인듐 셀레나이드는 실리콘 반도체보다 전자 이동도가 뛰어나고 포화 속도가 두 배 이상 빠른 장점을 갖는다. 그러나 주로 N형 반도체로만 사용됐다. P형 반도체 및 상보적 회로 구현에 필요한 양(Positive)) 전하를 띄는 정공을 유도하기 어렵기 때문이다. 연구팀은 이를 N형과 P형 트랜지스터에 모두 적용하기 위해 소자 구조를 새로 설계했다. 인듐 셀레나이드 하부에 전극을 배치하고 금속-반도체 접합 특성을 개선, 전자와 정공이 선택적으로 흐를 수 있는 양극성 특성을 구현했다. 이같은 설계 결과 N형 및 P형 전류 꺼짐/켜짐 비가 모두 10의 9승(10억) 이상에 달하는 성능을 기록했다. 실리콘 반도체 소자는 일반적으로 10의8승 이하 꺼짐/켜짐 비의 단극성을 띤다. N형과 P형 구동이 동시에 가능한 양극성 2차원 반도체의 경우도 N형과 P형 꺼짐/켜짐 비가 동시에 10의 8승 이상인 경우는 없었다. 이가영 교수는 “다기능 소자들은 일반적으로 복잡한 공정 과정과 구조를 요구해 제작과 집적에 어려움이 있다"며 "이번 연구에서는 간단한 부분 게이트 구조를 도입해 하나의 소자에서 다양한 기능을 구현할 수 있는 다기능 소자를 제작하는 데 성공했다”고 말했다. 이 교수는 “이 기술은 공정 효율성을 높이고 회로 설계 유연성 향상에 기여할 것"이라며 "인듐 셀레나이드를 기반으로 한 P형 응용 가능성을 새롭게 밝혀, 궁극적으로는 상보적 다기능 시스템으로서의 활용 가능성을 열었다"고 덧붙였다. 이 연구에는 KAIST 전기및전자공학부 김민수 석박통합과정, 염동주 석사과정, 석용욱 박사과정 연구생이 공동 제1 저자로 참여했다. 한국기초과학지원연구원 국가연구시설장비진흥센터, 한국연구재단 우수연구사업, KAIST 도약연구(UP) 사업, 그리고 삼성전자 지원을 받았다. 연구결과는 나노 물리 분야 국제 학술지 '나노 레터스(Nano Letters)'에 표지 논문으로 게재됐다.

2024.12.30 21:04박희범

반도체공학회, 15년 후 韓 반도체 산업 전략 제시할 기술 로드맵 공개

반도체공학회는 15년 후의 반도체 기술 발전 방향을 예측하고, 국내 반도체 산업 발전과 연구개발, 최적의 인력 양성 전략 수립을 위한 '반도체 기술 로드맵 2025'을 공식 발표했다고 30일 밝혔다. 반도체공학회는 지난 11일 서울 인터컨티넨탈 서울 파르나스 호텔에서 개최한 '반도체 기술 로드맵 포럼'에서 그 개요를 발표했으며, 이번에 로드맵 전문과 그 발표자료를 후속 공개했다. 본 로드맵은 반도체공학회가 반도체 기술 및 산업발전 로드맵을 수립하기 위해 비전전략위원회(위원장 신현철)를 2024년 1월 신설해 반도체공학회 회원들이 1년간의 작업을 통해 완성한 것이다. 기존의 반도체 기술 로드맵은 통상 2~3년 후의 단기적인 반도체 산업과 기술에 대한 전망, 또는 5~10년 후의 중기적인 반도체 산업과 기술에 대한 전망을 하기 위해 많이 제시된 바 있다. 그러나 지금과 같이 반도체가 국가 전략 산업이 되어버린 상황에서 15년 내지 그 이후를 내다보는 장기적인 기술 발전 전망이 우리나라로서는 절실하다. 특히 인력양성 측면에서 현재의 대학생들이 전문가로 성장하여 산업을 이끌어가는 시기는 지금으로부터 15년 후이며 이들의 양성과 비전 제시를 위해서는 15년 후의 장기적인 기술과 산업의 예측이 필수다. 금번 발표되는 반도체 기술 로드맵 2025에서는 반도체 소자 미세화 및 메모리 고집적화의 가속화, 인공지능 반도체 기술의 급격한 도입과 확산, 초고속 연결 및 통신을 위한 반도체 기술의 적용 확대라는 기술적 발전 방향에 초점을 맞췄다. ▲반도체 소자 및 공정 기술 ▲인공지능 반도체 기술 ▲광연결 반도체 기술, ▲무선연결 반도체 기술의 네 가지 기술 분야에 대해 2040년까지 향후 15년을 내다보는 반도체 기술 발전 동향 및 앞으로의 발전 방향을 체계적으로 예측해 제시했다. 소자 및 공정 기술 분야에서는 2025년 2nm급 공정 수준에서 2028년 1.5nm급을 거쳐, 2040년에는 0.3nm급 공정으로 발전할 전망이다. 공정 미세화를 위해 트랜지스터는 LGAA, CFET, 칩은 3차원 VLSI 기술이 핵심으로 연구개발돼야 한다. 인공지능 반도체 기술 분야에서는 2025년 현재 10 TOPS/W에서 2040년 학습용 프로세서는 1000 TOPS/W, 추론용 반도체는 100 TOPS/W 까지 발전할 전망이다. 광연결 반도체 기술 분야에서는 2025년 현재 100Gbps/lane에서 2040년까지 PAM4 변조 방식을 채택하여 800Gbps/lane까지 발전할 것으로 예상된다. 시스템 간 연결을 위해서는 8레인 통합을 통해 6천400Gbps 수준의 데이터 전송율이 달성될 전망이다. 무선연결 반도체 기술 분야에서는 2025년 현재 7Gbps 수준의 데이터 전송율이 밀리미터파 빔포밍 안테나 기술 등의 적용을 통해 1000Gbps까지 발전할 것으로 전망된다. 반도체공학회는 "금번 '반도체 기술 로드맵 2025'을 통해 장기적으로 우리나라 반도체 산업의 미래 핵심 기술 확보 계획을 수립하고, 우리나라 반도체 기술의 우위를 유지하며 앞으로의 기술 발전 전략을 수립하고, 반도체 인력양성 정책 수립에 이바지하고자 한다"고 밝혔다. 이를 위해 학회는 앞으로 매년 로드맵의 일부 개정을 수행해 발표하고, 3년의 주기로 전면 개정을 통한 새로운 로드맵을 제시할 계획이다.

2024.12.30 06:00장경윤

양자물질 전자 분포 제어 성공…"차세대 초미세 반도체 소자 개발 가능"

양자물질의 전자 분포를 자유자재로 제어하는 원천기술이 개발됐다. 향후 차세대 초미세 반도체소자 개발이 가능해질 전망이다. POSTECH(포스텍)은 물리학과 · 융합대학원 박경덕 교수 연구팀이 초고분해 극초단 펄스 전압조절기를 개발했다고 20일 밝혔다. 박경덕 교수는 "나노 공간에서 2차원 양자물질의 전자 분포를 자유자재로 조절할 수 있게 됐다"며 "향후 양자물질의 전기적 · 광학적 특성 변화를 조사하는 것이 가능해졌다"고 말했다. 양자물질의 전자 분포를 조절하면 2차원 반도체의 상전이, 전도도 변화, 반도체 입자 형성 및 거동을 제어할 수 있게 된다. 연구팀은 "초전도 특성을 가지는 반도체나 특수한 나노격자 구조를 이용한 메모리 구현이 가능하다"고 설명했다. 저차원 양자물질의 전자 분포와 밀도 조절을 위한 대표적인 방법으로 화학적 전하주입법과 정전기적 전하주입법이 있다. 이 중 정전기적 전하주입법은 가역적이고 비파괴적이며, 빠르고 안정적인 전자 분포 조절이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 나노 공간에서의 정전기적 전하주입법은 아직까지 숙제였다. 반도체 나노 공간에 전기장을 걸더라도 전자의 빠른 확산으로 인해 전자 분포가 넓어져 제어가 불가능해진다는 것. 이형우 연구원(논문 공동 제1저자, 석박사통합과정)은 "2차원 반도체의 무작위적인 전자 확산은 초미세 반도체소자 개발에 있어 큰 제약이었다"고 말했다. 연구팀은 이 문제를 원자힘 현미경, 전도성 나노광학 안테나 탐침, 초고분해 분광장치, 고속 교류전압 펄스 발생기를 연동 결합한 초고분해 극초단 펄스 전압조절기를 개발해 해결했다. 이형우 연구원은 "나노 공간에서 저차원 양자물질의 전자 분포를 조절하는 장비를 최초로 구현했다"며 "복잡한 미세 전극 소자가 필요한 기존 방식과 달리 나노광학 안테나 탐침에 고속 교류전압을 걸어 저차원 양자물질의 전자 밀도를 나노 공간에서 자유자재로 조절하는 데 성공했다"고 부연 설명했다. 연구팀은 이 장비를 이용해 2차원 반도체인 이황화몰리브덴(MoS2) 단일층의 전기적 및 광학적 특성을 나노 공간에서 정밀하게 제어했다. 또 이황화몰리브덴 나노 공간 내 반도체입자들이 상호 변환되며, 동시에 이황화몰리브덴 단일층의 광발광 양자수율에도 변화가 있는 물리적 현상을 규명했다. 연구팀은 여기서 한 발 더 나아가 고속 교류전압 펄스 폭에 따른 광발광 세기 측정과 이와 연관한 이론적 모델링을 통해 초고분해 극초단 펄스 전압조절기에 의해 전자 분포 제어가 나노 공간에서 가능함을 검증했다. 김수정 연구원(논문 공동 제1저자, 석박사통합과정)은 ”2차원 반도체의 무작위적인 전자 확산 난제를 극복하고 이의 능동적제어까지 가능해졌기 때문에 전자 밀도의 공간적 변화에 의해 반도체소자에서 발생하는 다양한 물리현상들을 다각적으로 규명할 수 있을 것”이라고 전했다. 한편, 연구에 사용된 2차원 반도체 물질의 제작은 성균관대 김기강 교수팀, 고 유전상수 산화물박막 제작은 울산과학기술원(UNIST) 박형렬 교수팀이 참여했다. 연구는 한국연구재단과 삼성미래기술육성재단 등의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'(11월16일자)에 온라인으로 게재됐다.

2024.11.20 14:17박희범

CPU·GPU 에너지 사용 100만분의 1로 줄인 '열컴' 나오나

기존 CPU나 GPU가 사용하는 에너지의 100만분의 1만으로도 경로찾기 등 복합한 최적화 계산을 할 수 있는 차세대 열 컴퓨팅 기술이 개발됐다. 인공지능과 딥러닝 등의 확산에 따른 전기 에너지 사용량이 현안으로 부상한 가운데 공개된 혁신적인 컴퓨팅 구동 기술이어서 과학기술계의 관심을 끌었다. KAIST는 신소재공학과 김경민 교수 연구팀이 미국 샌디아 국립연구소와 공동으로 산화물 반도체의 열-전기 상호작용에 기반하는 열 컴퓨팅(Thermal computing) 기술 개발에 성공했다고 26일 밝혔다. 연구팀은 반도체 소자에서 발생하는 열이 CPU의 계산 성능을 떨어뜨리고, 이 열을 처리하는 추가 비용이 발생한다는데 주목했다. 이 같은 문제 해결 방안으로 연구팀은 전기-열 상호작용이 강한 산화나이오븀(NbO₂) 기반의 모트 전이 (Mott transition) 반도체를 눈여겨 봤다. 모트 전이 반도체는 온도에 따라 전기적 특성이 부도체에서 도체로 변하는 전기-열 상호작용이 강한 반도체 소자다. 연구팀은 낮은 열전도도와 높은 비열을 가지고 있는 폴리이미드 기판으로 모트 전이 반도체 소자를 제작했다. 소자에서 발생한 열은 폴리이미드 기판에 저장했다. 저장된 열은 일정 시간 동안 유지돼 시간적 정보 역할을 했다. 또 이 열은 공간적으로도 이웃 소자로 전파되면서 공간적 정보 역할도 했다. 연구팀은 "열 정보를 시,공간적으로 활용해 컴퓨팅을 수행할 수 있었다"며 "CPU나 GPU가 쓰는 에너지 소모량 대비 1백만분의 1 정도만 써도 경로 찾기 등과 같은 복잡한 최적화 문제를 풀수 있었다"고 부연 설명했다. 김경민 교수는 “버려지던 반도체 소자 열을 컴퓨팅에 활용하는 개념을 최초로 제안했다"며 "열 컴퓨팅 기술을 활용하면 뉴런과 같은 신경계의 복잡한 신호도 매우 간단히 구현할 수 있다"고 말했다. 김 교수는 또 고차원의 최적화 문제를 기존의 반도체 기술을 바탕으로 해결할 수 있어 양자 컴퓨팅의 현실적인 대안이 될 수 있다”고 기술의 장점을 강조했다 이 연구는 KAIST 신소재공학과 김광민 박사과정, 인재현 박사, 이영현 박사과정 연구원이 공동 제1 저자로 참여했다. 관련 논문은 재료 분야 국제 학술지 `네이처 머티리얼즈(Nature Materials, Impact factor: 41.2)'(6월18일자)에 게재됐다.

2024.06.26 05:06박희범

KAIST, 극저온에서 더 쎈 반도체 소자 개발

KAIST 연구진이 고주파수 대역 및 극저온에서의 활용 가능성이 기대되는 고성능 2차원 반도체 소자 개발에 성공했다. 이 소자는 온도가 낮아질수록 성능이 좋아지는 특성이 있다. KAIST(총장 이광형)는 전기및전자공학부 이가영 교수 연구팀이 실리콘 전자 이동도와 포화 속도를 2배 이상 뛰어넘는 2차원 나노 반도체 인듐 셀레나이드(InSe)기반의 반도체 소자를 개발했다고 20일 밝혔다. 포화 속도(Saturation velocity)는 반도체 물질 내에서 전자나 정공이 움직일 수 있는 최대 속도를 말한다. 반도체의 전기적 특성을 평가할 수 있는 핵심 지표다. 최근 2차원 인듐 셀레나이드는 실리콘 반도체나 2차원 반도체보다 우수한 전자 이동도와 높은 전류값으로 인해 차세대 반도체 물질로 주목받고 있다. 그러나 대기 상태에서 산화에 취약하고 안정성이 떨어지는 단점이 있었다. 연구팀은 이를 해결하기 위해 하부 절연막으로 고품질 2차원 육각형질화붕소(hBN) 물질을 활용했다. 상부 보호막으로는 얇은 인듐 금속을 활용해 인듐 셀레나이드의 단점을 개선했다. 또 핵심 채널층인 인듐 셀레나이드를 오염시키지 않고 2차원 이종접합 구조를 형성할 수 있도록 설계해 전자 이동도와 전자 포화 속도를 대폭 향상시켰다. 전자 이동도는 상온에서 최대 2,600㎠/Vs, 상온에서 2×10의7승㎝/s 수준의 전자 포화 속도 값을 얻었다. 현재 상용화된 실리콘 포화 속도 값은 (10의7승㎝/s)정도다. 석용욱 박사과정은 “그동안 과학기술계에서는 2차원 반도체 인듐 셀레나이드의 높은 전자 이동도와 포화 속도를 체계적으로 분석해 보고한 적이 없었다”라며 “향후 실제 극저온 및 고주파수 구동이 필요한 응용 기기에의 적용 연구가 필요하다”고 말했다. 이가영 교수는 “이번에 개발한 고성능 전자 소자는 초고속 구동이 가능해 5G 대역을 넘어 6G 주파수 대역에서의 동작이 가능할 것으로 예측된다”며 “저온으로 갈수록 소자의 성능이 대폭 개선돼 양자 컴퓨터의 양자 제어 IC(Integrated circuit)와 같은 극저온 고주파수 구동 환경에 적합하다”고 덧붙였다. 이 연구결과는 나노과학 분야 국제 학술지 `ACS 나노(Nano)' 3월 19일자 표지논문으로 출판됐다. 한편 이 연구는 △한국연구재단의 신진연구자지원사업 △기초연구사업 및 BK21 △KAIST의 C2(Creative & Challenging) 프로젝트 LX 세미콘-KAIST 미래기술센터 △그리포 포스코청암재단의 지원을 받아 수행됐다.

2024.03.20 15:29박희범

이호성 KRISS 원장 "양자·반도체에 미래걸고 한판"

"우리는 양자와 반도체에 대한민국과 기관의 미래를 걸었다." 이호성 한국표준과학연구원(KRISS) 원장이 취임 100일을 맞아 다잡은 각오다. 이 원장은 19일과 20일 각각 대전 및 서울에서 기자간담회를 개최했다. 간담회에서 이 원장은 "양자기술 분야에서 세계 5대 강국으로 도약하기 위한 연구역량을 제고하는데 역량을 집중하고 있다"며 "양자 기술이 무섭게 변화하는 세상의 게임 체인저가 될 것"으로 내다봤다. 조직, 국가전략기술 중심으로 대대적 개편 표준연은 최근 양자기술연구소를 확대, 개편했다. 연구소 산하에 ▲양자자기센싱그룹 ▲양자공학 그룹 ▲양자소자그룹 ▲양자전기자기측정그룹 ▲양자질량측정그룹 ▲원자양자센싱그룹 등 총 6개 그룹 인력을 30명에서 60명으로 2배로 늘렸다. 조직도를 들여다보면 양자관련 조직만 10개다. 양자에 '사활'을 걸고 있다는 증표다. 과학기술정보통신부가 지정한 양자국가기술전략센터와 초전도양자컴퓨팅시스템연구단은 기관장 직속으로 꾸렸다. 양자 국가기술전략센터는 우리나라 양자과학기술 관련 최상위 정책 및 전략을 수립한다. 국가 싱크탱크 역할이다. 또 심의∙자문 기구도 운영한다. 부원장이 챙기는 TF성격의 국가전략기술추진단에는 우주, 수소, 바이오, 반도체, 차세대 통신과 함께 양자도 함께 다룬다. "우리는 과기정통부가 추진하는 글로벌 톱 사업 주관 과제로 양자와 반도체를 선택했습니다. 지난해 한미일 3국 정상이 양자컴퓨팅 등 첨단기술 공동연구 협력을 합의한 이후 우리와 미국표준기술연구소(NIST), 일본산업기술종합연구소(AIST) 간 양자기술과 관련한 협력을 구체화하는 방안을 논의 중입니다." 오는 2026년 50큐비트급 초전도 양자컴 구축 표준연은 현재 NIST, AIST, 영국 NPL, 독일 PTB 등 글로벌 선진 표준연구기관, 그리고 미국 일리노이 대학, UC버클리, 스위스 취리히 인스투르먼츠 등과 양자기술 등 국가전략기술 중심 으로 전략적 협력 연구를 확대할 계획이다. 양자 R&D와 관련해서 표준연은 우선 양자 분야 초격차 기술 확보를 위해 멀티 플랫폼 분산형 양자시스템 핵심기술 개발에 도전장을 내놨다. 지난 1월엔 국방양자컴퓨팅&센싱 기술 특화연구센터를 유치했다. 2029년까지 총 244억 원이 투입된다. 이 특화연구센터에서는 양자컴퓨팅 분야에서 올해 20큐비트급 초전도 양자컴퓨팅시스템을 구축하고 클라우드 서비스에 들어간다. 오는 2026년 50큐비트급 초전도 양자컴퓨팅시스템 구축이 목표다. 양자네트워킹 분야에서는 실환경 양자 채널을 통한 양자 사이버보안 프로토콜 구현과 양자얽힘 기반 차세대 양자테크워크를 위한 핵심 소자 개발이 목표다. 또 양자센싱 분야에서는 고전 센서의 한계를 극복한 4대 플랫폼 양자 센싱기술(중력·관성, 시간주파수, 전기장·자기장, 광학)을 개발한다. 이 원장은 "이 세 가지 기술 가운데 양자센싱이 가장 먼저 성과를 보일 것으로 보고 있다"고 말했다. 반도체∙디스플레이 분야 초격차 기술 확보에도 총력을 기울인다. 세계 최고 수준 반도체 측정 센서∙진단 원천기술 개발을 목표로 관련 부품의 성능 평가 기술 개발과 표준화를 추진 중이다. 또 반도체∙디스플레이 공정 관리 파라미터(플라즈마 밀도 및 온도, 오염입자 발생수준, 기판온도 등) 측정과 인공지능·빅데이터를 활용한 반도체 장비 최적화 기술을 개발한다. 특히, 미래 모빌리티, 에너지, 우주국방 분야 핵심기술인 미래 극한 전략 반도체의 신뢰성 검증 기술과 표준절차 마련을 통한 국가 산업 경쟁력 제고에도 공을 들이고 있다. 반도체∙디스플렝 첨단 소자 제조 공정용 소재∙부품∙장비 등의 기초 성능 및 양산 적용성 평가 플랫폼도 구축한다. 이를 통해 산업 협력 생태계를 조성하고, 글로벌 밸류체인 공조 지원에도 나설 계획이다. 이외에 R&D를 중점 수행할 전략기술연구소 신설도 눈에 띈다. 여기서는 ▲반도체디스플레이측정그룹 ▲우주극한측정그룹 ▲수소에너지그룹 ▲미래선도연구장비그룹 ▲전자파측정그룹 ▲KPS국가시간그룹이 새로 만들어져 국가 핵심 R&D를 수행한다. "내년 11월 미터협약 150주년과 KRISS 창립 50주년을 동시 기념하기 위해 인천송도컨벤시아에 30개국 300여 측정표준 전문가들이 모입니다. 대한민국 표준의 국제적 위상을 높이고 리더십을 강화할 계획입니다."

2024.03.20 14:47박희범

한국공대, 연산 기능 갖춘 지능형 메모리 반도체소자 개발

국내 대학 연구팀이 연산기능과 메모리 기능을 통합한 지능형 반도체소자 개발에 성공했다. 한국공학대학교(총장 황수성)는 안승언 교수(나노반도체공학과) 연구팀이 차세대 지능형 반도체에 활용 가능한 로직 연산과 메모리 기능을 통합한 강유전체 기반 프로세스-인-메모리(PIM) 소자 개발에 성공했다고 12일 밝혔다. 이번 연구 결과는 'Exploring Multi-Bit Logic In-Memory with Memristive HfO2-Based Ferroelectric Tunnel Junctions'라는 제목으로 전자 소자·재료과학 분야 저명 학술지 'Advanced Electronic Materials' 3월 8일자 표지논문으로 선정됐다. 연구에는 박사과정 고원우(제1저자), 황현주(공저자) 학생이 참여했다. 연구팀 관계자는 “최근 빅데이터를 기반으로 하는 인공지능(AI) 기술발전이 가속하면서 메모리와 프로세서가 분리돼 데이터를 처리하는 '폰노이만(Von Neumann)' 컴퓨팅 시스템 구조 데이터처리 속도에 한계가 나타나고 있다”며 “저전력·멀티레벨 스위칭·고속 동작이 가능한 프로세서와 메모리를 통합한 신개념 반도체소자 개발 필요성이 대두되고 있다”고 설명했다. 연구팀은 하프늄-지르코늄 산화물을 기반으로 강유전체 터널 접합(FTJ) 형태 멤리지스터(메모리+레지스터)를 구현해 멀티레벨 스위칭과 신뢰성을 확보하고 중간 레벨(inter-state) 간 스위칭을 구동하는 데 성공했다. 소자의 스위칭 특성을 조합해 NAND, NOR, OR 등 16가지 논리 연산 기능을 카르노 맵을 통해 제시해 PIM 응용 가능성도 검증했다. 안승언 교수는 “최근 새로운 개념의 컴퓨팅 시스템 구현을 위해 다양한 PIM 소자 연구 결과가 발표되고 있지만 비휘발성 멀티레벨 신뢰성과 중간 레벨 간 스위칭 구동 연구가 여전히 초기 단계에 있는 상황에서 이번 연구의 진일보한 결과는 차세대 지능형 반도체 분야의 기술적·학문적 도약에 기여할것으로 기대한다”고 밝혔다. 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업과 산업통상자원부가 지원하는 미래반도체개발사업의 지원으로 수행했다.

2024.03.12 21:34주문정

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