국내 연구팀 개발… 네이처 게재
국내 연구진이 ‘꿈의 소재’로 통하는 그래핀보다 전기적 성능이 훨씬 뛰어난 신물질을 세계 최초로 개발했다. 이 물질을 반도체에 적용하면 현재 기술적 한계에 부딪친 데이터 처리 속도를 획기적으로 증가시킬 수 있다.
울산과학기술대(UNIST)와 포스텍 공동연구팀은 8일 탄소(C)와 질소(N)가 일정 비율로 존재하도록 독자적 방법으로 합성한 신물질을 개발했다고 밝혔다. 연구진에 따르면 이 물질은 반도체용으로 최적화한 실리콘보다 성능이 100배 뛰어나다. 이 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’ 6일자에 실렸다.
현재 반도체 재료로 쓰이는 실리콘은 공정이 미세해지고 데이터 용량이 커지면서 데이터처리 속도가 한계에 이르렀다. 이를 극복할 물질로 산업계는 현존하는 물질 중 전기와 열이 가장 잘 통하는 그래핀을 주목해왔다. 2004년 그래핀을 처음 발견한 과학자들은 2010년 노벨물리학상을 받았다. 하지만 그래핀은 전류의 흐름을 통제할 수 없는 치명적 결함 때문에 실리콘을 대체하려면 개량이나 변형을 가해야 한다.
반면 이번에 개발된 신물질은 전류 흐름이 매우 빠르면서도 통제가 가능하다. 전류량을 제어할 수 있는 정도를 점멸비로 나타내는데, 이 수치가 클수록 성능이 우수한 반도체가 된다. 이번 신물질의 점멸비는 1,000만으로 최고 성능 실리콘(10만)의 100배다. 쉽게 말해 실리콘 안에서 전자가 10만번 왔다갔다하는 동안 신물질에선 1,000만번 이동한다는 의미다. 연구를 주도한 백종범 UNIST 에너지ㆍ화학공학부 교수는 “현존 물질들의 점멸비 중 최고 수치”라며 “그래핀은 변형해도 점멸비가 1만에 그친다”고 말했다.
연구팀은 이번 신물질이 4, 5년 뒤면 범용 반도체에 쓰일 수 있을 것으로 보고 있다. 현재 촉매로 많이 쓰이는 백금을 대체할 경우 큰 비용 절감 효과도 기대된다. 백금은 1㎏에 약 3억원이지만, 신물질은 수십만원에 불과하다. 백 교수는 “전기신호를 전달하고 저장하는 기능이 뛰어나 향후 유전정보 분석기기, 에너지저장장치, 촉매 등에 활용 가능하다”고 강조했다.
임소형기자 precare@hk.co.kr
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