기계/재료

중국과학원, 고속 트랜지스터 개발

발행일 : 2019 / 11 / 12

중국과학원 금속연구소 선양(沈阳)재료과학국가연구센터 선진탄소재료연구부 연구팀은 최초로 쇼트키 접합을 이미터 접합으로 하는 수직 구조 트랜지스터 “실리콘-그래핀-게르마늄 트랜지스터”를 개발하여 성공적으로 그래핀 기반 트랜지스터의 지연 시간을 1000배 이상 단축시키고 차단 주파수를 메가헤르츠에서 기가헤르츠로 증가시켰다. 해당 성과는 “Nature Communications”에 게재되었다.

해당 연구 성과는 그래핀 기반 트랜지스터의 성능을 향상시켰다. 또한 향후 테라헤르츠 분야의 고속 장치에 적용됨으로써 초고속 트랜지스터의 궁극적 달성을 위한 기반을 마련했다.

1947년에 최초의 바이폴라 접합 트랜지스터가 미국 벨연구소에서 탄생됨에 따라 인류 사회는 정보 기술의 새 시대를 열었다. 지난 수십 년간 헤테로 접합 바이폴러 트랜지스터와 열전자 트랜지스터 등 고속 장치에 관한 연구가 잇달아 발표되었지만 더 높은 주파수에 대한 병목 현상이 존재했다. 헤테로 접합 바이폴러 트랜지스터의 차단 주파수는 최종적으로 기저 이전 시간의 제한을 받고 열전자 트랜지스터는 무공, 저저항의 초박형 금속 기저 제조 어려움에 봉착했다.

기존의 그래핀 기반 트랜지스터는 일반적으로 터널링 이미터 접합을 채택하는데 터널링 이미터 접합의 배리어 높이가 트랜지스터의 고속 전자 장치로의 발전을 심각하게 제한한다. 연구팀은 반도체 박막과 그래핀 이전 기법을 이용하여 연구 성과를 도출했다.

기존의 터널링 이미터 접합과 비교할 경우, 실리콘-그래핀 쇼트키 접합은 최대 온 전류와 최소 이미터 접합 전기용량을 나타냄으로써 장치의 총 지연 시간을 1000배 이상 단축하고 장치의 차단 주파수를 기존의 약 1.0MHz에서 1.2GHz로 증가시켰다. 실험 데이터에 기반한 모델링을 통해 해당 장치의 테라헤르츠 분야에서의 잠재력과 미래 트랜지스터 개발에서의 의미를 입증했다.

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