퍼듀대학교(Purdue University)의 연구실은 1947년 세계에서 최초로 트랜지스터의 중요한 부분인 순수한 게르마늄 트랜지스터를 개발하였으며, 현재 이 연구실의 연구원들은 새로운 게르마늄의 중요한 단계를 이루기 위해서 연구를 진행하고 있다. 

이 연구팀은 최초로 현대적인 게르마늄 회로인 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor)를 개발하였다. 이것은 실리콘 대신에 반도체로서 게르마늄을 사용한 것이다. 

“벨연구소가 처음으로 트랜지스터를 개발했지만 순수한 게르마늄으로 만들어진 반도체 결정은 퍼듀대학교의 물리학자들에 의해서 개발된 것”이라고 퍼듀대학교 전기 및 컴퓨터공학과 Peter Ye 교수가 말했다. 

게르마늄은 상업적인 CMOS 기술을 위해 실리콘을 대체할 수 있도록 선택할 수 있는 반도체이다. 산업은 점차 소형 실리콘 트랜지스터를 만드는 방법에 관하여 한계에 이르게 될 것이며, 이것은 미래에 이루어질 향상에 위협이 될 것이다. 게르마늄은 실리콘을 대체할 수 있다고 여겨지는 하나의 재료이다. 왜냐하면 산업계에서 더 작은 트랜지스터를 만들 수 있고 더 초소형인 집적회로를 만들 수 있기 때문이라고 Ye 교수가 말했다. 

실리콘과 비교하여 게르마늄은 또한 전자와 전자홀을 위한 더 높은 이동도를 가지게 할 수 있다. 이것은 초고속 회로를 만들 수 있는 특징이다. 

새로운 연구결과에서 퍼듀대학교 연구원들은 CMOS 전자기기를 위해 필요한 두 가지 종류의 트랜지스터를 만들기 위해서 게르마늄이 사용되는 방법을 보여주었다. 이전에 이 재료는 P 타입 트랜지스터에만 제한되었다. 그러나 이 연구결과는 N 타입 트랜지스터를 만드는데 이 재료가 사용되는 방법을 보여주었다. CMOS 회로를 위해서 두 가지 종류의 트랜지스터가 필요하기 때문에 이 연구결과는 컴퓨터와 전자기기를 위해 다양한 가능성을 가지고 있는 연구결과라고 그가 말했다. 

이 연구결과는 12월 15~17일 샌프란시스코에서 열린 2014 IEEE 국제전자기기회의(2014 IEEE International Electron Devices Meeting)에서 두 편의 논문을 통해서 자세히 소개될 것이다. 첫 번째 논문은 Ye 교수와 대학원생인 Heng Wu, Nathan Conrad, Wei Luo가 저자이며, 두 번째 논문은 이들과 함께 대학원생인 Mengwei Si, Jingyun Zhang, Hong Zhou가 참여하였다. 

이 재료는 좋은 전류 흐름을 위해 필요한 낮은 전기적 저항을 가지는 N 타입 컨택을 만드는 것이 어려운 특성을 가지고 있다. 그러나 게르마늄을 도핑하거나 불순물을 주입하게 되면, 이러한 특징들이 변화하게 된다. 가장 많은 불순물을 포함하는 부분들이 가장 낮은 저항을 가지게 된다. 연구원들은 가장 깊게 도핑된 부분을 노출시킴으로서 최상위 게르마늄을 에칭하는 방법을 보여주었다. 그래서 좋은 컨택을 만들게 된 것이다. 

에칭은 오목하게 들어간 채널을 만들었으며, 이것은 CMOS 트랜지스터에서 스위치가 온오프하는데 필요한 게이트로서의 역할을 하게 되었다. 인버터라는 회로의 기본적인 부분은 지금까지 증명된 것 중에서 가장 잘 실행되는 비실리콘 인버터라는 것을 보여주었다고 Ye가 말했다. 

퍼듀대학교 디스커버리 파크에 있는 버크나노기술센터(Birck Nanotechnology Center in Purdue`s Discovery Park)에서 진행된 이 연구는 반도체연구조합(Semiconductor Research Corp.)에서 일부분을 지원받고 있다.  

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』