중국, 실리콘 대체 고성능 트랜지스터 공개…'반도체 대전' 서막

중국 베이징대학교의 연구진이 잠재적으로 반도체 시장 판도를 바꿀 수 있는 실리콘 없는 트랜지스터를 공개하며, 인텔, TSMC, 삼성의 최신 칩을 능가할 수 있다고 주장했다.

지난 12일(현지시각) 트리뷴닷컴에 따르면, 이번 혁신 기술은 비스무트 옥시셀레나이드라는 2차원 물질에 기반하며, 칩 아키텍처의 주요한 변화를 의미한다.

이 트랜지스터는 게이트가 소스를 완전히 감싸는 GAAFET(Gate-All-Around) 설계를 채택하고 있다. 이는 게이트가 부분적으로만 덮는 기존의 핀펫(FinFET) 기술과 대조된다. 이 완전 접촉 구조는 에너지 누출을 크게 줄이고 전류 흐름을 더 효과적으로 제어하여 성능을 향상시킨다.

연구팀에 따르면, 이 새로운 트랜지스터는 인텔의 최신 3nm 칩보다 최대 40% 더 빠르게 작동하며, 전력 소비는 10% 더 적다. 테스트는 상용 등급 프로세서에 사용되는 것과 동일한 조건에서 수행됐다.
네이처 머티리얼스에 발표된 이 연구 결과는 해당 트랜지스터가 현재까지 가장 효율적이고 강력한 트랜지스터일 수 있음을 시사한다.

주요 연구원인 펑 하이린 교수는 이 혁신 기술을 단순히 기존 물질을 개선하는 것이 아니라 '차선 변경'에 비유했다.

새로운 설계는 핀펫의 일반적인 수직 스택 구조를 피하고, 대신 땋은 듯한 다리 모양의 구조와 유사하여 칩 크기가 3nm 이하 수준에 도달함에 따라 발생하는 소형화 문제를 극복하는 데 도움이 된다.

이번 혁신 기술은 Bi₂O₂Se(반도체)와 Bi₂SeO₅(게이트 유전체)라는 두 가지 새로운 비스무트 기반 화합물을 통해 구현됐다. 두 물질 모두 계면 에너지가 낮아 전자 산란을 줄이고 저항이 거의 없는 전자 흐름을 가능하게 한다.

펑 교수는 "이는 전자가 매끄러운 파이프를 통과하는 물처럼 거의 저항 없이 흐르도록 한다"고 설명했다.

연구진은 이 트랜지스터가 기존의 반도체 인프라를 사용하여 제조될 수 있어 대량 생산 경로를 용이하게 할 수 있다고 강조했다. 그들은 이미 이 설계를 사용하여 작은 논리 장치를 만들었다.

상용화된다면, 이 기술 개발은 세계 칩 시장을 크게 뒤흔들고 실리콘 기반 기술에서 벗어나는 전환을 가속화할 것으로 예상된다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com