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POSTECH 손준우 교수팀, 반도체 소자 속에 백금 나노 입자 ‘쏙‘ …저전력 반도체 소자 실현

박영재 기자 | 기사입력 2022/08/23 [10:00]

POSTECH 손준우 교수팀, 반도체 소자 속에 백금 나노 입자 ‘쏙‘ …저전력 반도체 소자 실현

박영재 기자 | 입력 : 2022/08/23 [10:00]

【브레이크뉴스 포항】박영재 기자=POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 신소재공학과 손준우 교수·조민국 박사 연구팀이 백금 나노 입자를 삽입해 산화물 반도체 소자의 스위칭 효율을 극대화하는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

 

▲ 상전이 산화물질 박막 내 삽입된 백금 나노 입자로 인해 형성된 전류 흐름 ‘징검다리’ 효과 모식도  © 포스텍


이 연구성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 최근 게재됐다.

 

임계 전압에 다다르면 물질의 상(Phase)이 절연체에서 금속으로 급격히 바뀌는 금속-절연체 상전이 산화물질은 저전력 반도체 소자를 실현할 수 있는 핵심 소재로 각광 받는다.

 

금속-절연체 상전이는 나노미터(nm, 10억 분의 1m) 단위의 아주 작은 절연체 부분들이 금속 부분으로 변하며 일어나는데, 반도체 소자의 스위칭 효율을 높이기 위해선 소자에 가해지는 전압의 크기를 줄이는 것이 관건이었다.

 

연구팀은 백금 나노 입자를 활용해 소자의 스위칭 효율을 높이는 데 성공했다. 소자에 전압을 가하자 전류가 이 입자를 ‘껑충껑충’ 통과하며 빠르게 상전이가 일어났다.

 

소자의 메모리 효과 또한 100만 배 이상 늘어났다. 일반적으로는 전압을 차단한 뒤에는 곧바로 전류가 흐르지 않는 절연체 상으로 바뀌는데, 이 시간이 100만분의 1초로 극히 짧았다. 하지만, 백금 나노 입자 부근에 남아 있는 잔류 금속 부분으로 인해, 비교적 낮은 전압으로 소자를 다시 작동시킬 수 있을 뿐만 아니라, 소자의 선행 작동을 기억할 수 있는 ‘메모리’ 효과를 수 초까지 늘릴 수 있음을 확인했다.

 

이 기술은 적은 전력으로 방대한 데이터를 처리하는 지능형 반도체 또는 뉴로모픽 반도체 소자 등 차세대 전자소자 개발에 필요한 핵심적인 기술로 기대를 모은다.

 

한편, 이 연구는 한국연구재단 기초연구실사업, 중견연구사업, 차세대지능형반도체 사업의 지원을 받아 이뤄졌다.

 

 <구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

 

 POSTECH Professor Jun-woo Son's team, platinum nanoparticles in semiconductor devices 'ssok' … Realization of low-power semiconductor devices

 

POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Kim Moo-hwan) announced on the 23rd that a research team led by Professor Jun-woo Son and Dr. Min-guk Cho of the Department of Materials Science and Engineering has developed a technology that maximizes the switching efficiency of oxide semiconductor devices by inserting platinum nanoparticles.

.

This research result was recently published in the international academic journal Nature Communications.

 

  When the threshold voltage is reached, the metal-insulator phase transition, in which the phase of the material changes rapidly from an insulator to a metal1) Oxide materials are in the spotlight as a key material that can realize low-power semiconductor devices.

 

  The metal-insulator phase transition occurs when very small insulator parts in the nanometer (nm, 1 billionth of a meter) unit are transformed into metal parts. In order to increase the switching efficiency of a semiconductor device, reducing the magnitude of the voltage applied to the device was key.

 

  The research team succeeded in increasing the switching efficiency of the device by using platinum nanoparticles. When a voltage was applied to the device, an electric current passed through these particles “bouncing” and a rapid phase transition occurred.

 

  The device's memory effect2) also increased by more than 1 million times. In general, after the voltage is cut off, it immediately changes to the insulator phase in which no current flows, and this time was extremely short at 1 millionth of a second. However, it was confirmed that, due to the residual metal part remaining in the vicinity of the platinum nanoparticles, it is possible not only to operate the device again with a relatively low voltage, but also to increase the 'memory' effect of remembering the preceding operation of the device to several seconds. did.

 

  This technology is expected to be a key technology necessary for the development of next-generation electronic devices such as intelligent semiconductors or neuromorphic semiconductor devices that process vast amounts of data with little power.

 

  Meanwhile, this research was carried out with support from the National Research Foundation of Korea's Basic Lab Project, Mid-level Research Project, and Next-Generation Intelligent Semiconductor Project.

편집국장 입니다. 기사제보:phk@breaknews.com
 
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