반도체 트랜지스터의 성능을 결정하는 ‘문턱전압(threshold voltage)’을 정밀하게 제어할 수 있는 기술을 전북대학교와 아주대학교 연구팀이 개발했다.
문턱전압은 스위치 역할을 하는 트랜지스터가 켜지는 기준 전압으로, 이를 안정적으로 조절해야 전력 소모를 줄이고 소자 성능을 높일 수 있다.
20일 전북대학교에 따르면 전북대 김태욱 교수와 아주대 박성준 교수 공동연구팀이 단결정 은(Ag) 나노시트를 산화물 반도체 박막 트랜지스터(IGZO TFT) 구조에 적용해 문턱전압을 원하는 값으로 정밀하게 조절하는 데 성공했다.
연구팀은 가장 안정적인 단결정(111) 면 구조의 은 나노시트를 초음파 조립 공정으로 반도체층과 절연층 사이에 삽입했다. 은 나노시트의 피복도(coverage)를 조절하면 채널 내 전하 분포가 달라지면서 문턱전압을 정교하게 바꿀 수 있다. 기존 기술처럼 복잡한 공정 없이 상온·상압에서 간단한 절차만으로 전압 제어가 가능하다는 점이 큰 장점이다.
소자의 온·오프 전류비, 전자이동도 등 성능도 유지됐다. 연구팀은 이 기술을 적용한 NMOS 인버터 회로를 구현해 회로 설계에도 적용 가능함을 확인했다.
이번 성과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘ACS Nano’(IF 16.1) 2025년 최신호에 게재됐다. 논문의 제1저자는 전북대 주현지 연구원(석사)이다.
김태욱 교수는 “단결정 금속 나노물질과 간단한 공정만으로 반도체 핵심 특성을 제어한 연구”라며 “저전력·유연 전자시스템 개발의 중요한 기반이 될 것”이라고 말했다.
이번 연구는 과기정통부 ‘초고집적 반도체 반데르발스 소재·공정 기술개발사업’(적층형 vdW 반도체 사업단)과 한국전력공사 기초연구사업의 지원을 받았다.
전주=최창환 기자 gwi1229@kmib.co.kr