(서울=연합뉴스) 차병섭 기자 = 급증하는 인공지능(AI) 수요를 따라잡는 데 기존 '무어의 법칙'이 한계에 부딪혔다는 평가 속에 중국 연구진이 이를 타개할 가능성이 있는 새로운 '2차원 칩' 관련 기술을 발표했다.
13일 과기일보·사우스차이나모닝포스트(SCMP) 등에 따르면 중국 국방과학기술대학과 중국과학원 금속연구소 연구원들은 최근 학술지 '국가과학평론' 온라인판을 통해 이러한 연구 결과를 공개했다.
무어의 법칙은 인텔의 창업자 고든 무어의 이름을 딴 것으로, 반도체에 집적되는 트랜지스터의 수가 약 2년마다 2배로 늘어나 성능도 2배가 된다는 내용이다.
이는 1960년대 이후 반도체 업계의 정설로 여겨졌지만, 이제 물리적인 한계 때문에 나노 단위 칩에 트랜지스터의 밀도를 무작정 늘려 성능을 높이기는 어렵게 됐다.
논문 교신저자인 국방과학기술대학 주멍젠 연구원은 기존 칩의 전력 사용량 증가 문제 등을 거론하며 "전통적인 실리콘 기반 칩 성능은 새로운 진전을 이루기 매우 어려워졌다"고 지적했다.
이어 무어의 법칙이 물리적 한계에 직면하면서 새로운 반도체 소재를 찾는 움직임이 있다면서 두께가 원자 수준인 2차원 반도체는 이동률이 좋고 밴드갭이 조정 가능하다는 장점 덕분에 차세대 소재 핵심 후보로 꼽혀왔다고 설명했다.
2차원 반도체에서는 미량의 다른 요소를 첨가하는 식으로 전기 전도 능력을 변화시킬 수 있는데 이를 도핑이라고 부르며, 이 과정에서 N형과 P형 물질이 생겨난다.
반도체 소자 성능을 극대화하기 위해서는 N형 반도체와 P형 반도체 물질 성능이 모두 높아야 하는데, 그동안은 N형 소재가 많고 성능도 좋은 반면 P형 소재는 적고 성능도 떨어지는 문제가 존재해왔다.
주 연구원은 "고성능 P형 소재의 부족이 5나노(나노미터·10억분의 1ｍ) 이하 공정의 2차원 반도체 발전을 제약하는 주요 부분이자 세계 반도체 영역에서 치열한 경쟁이 펼쳐지는 과학기술의 고지였다"고 설명했다.
연구진은 액체 상태의 금/텅스텐 이중 금속 박막을 성장 기판으로 하는 '화학 기상 증착'(CVD) 방법으로 웨이퍼 정도 크기에 도핑 조절도 가능한 단층 '텅스텐 질화규소(WSi2N4) 박막'의 통제 가능한 성장을 이뤄냈다고 밝혔다.
이 방법을 사용할 경우 성장률이 기존보다 1천배 정도 높았다는 것이다. 이를 통해 만든 박막의 최종 크기는 가로 3.6㎝, 1.8㎝ 수준이었다.
주 연구원은 2차원 반도체의 산업적 사용이 가속화될 것으로 보면서 "액체 금을 성장 기판으로 사용한 것은 다른 2차원 소재의 빠른 성장을 위해서도 매우 범용적·효율적일 방안"이라고 기대했다.
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