중국, 차세대 트랜지스터 기술로 반도체 시장의 판도를 뒤흔들까?
최근 중국 베이징대학교 연구진이 발표한 새로운 트랜지스터 설계 기술이 반도체 업계에 큰 파장을 일으키고 있습니다. 실리콘을 사용하지 않고 2차원 물질을 기반으로 제작된 이 트랜지스터는 기존의 실리콘 칩 성능을 뛰어넘는 혁신적인 기술로 평가받고 있습니다. 과연 이 기술이 상용화된다면 반도체 시장의 경쟁 구도에 어떤 변화를 가져올까요?
꿈의 신소재, 비스무트 옥시셀레나이드 (Bi₂O₂Se)
베이징대학교 연구팀은 비스무트 옥시셀레나이드라는 2차원 물질을 기반으로 트랜지스터를 개발했습니다. 특히 주목할 점은 게이트-올-어라운드(GAAFET) 아키텍처를 적용했다는 것입니다. GAAFET 구조는 트랜지스터의 게이트가 소스를 완전히 감싸는 형태로, 기존의 FinFET 디자인에 비해 게이트와 채널 사이의 접촉 면적을 극대화하여 성능을 향상시키는 장점이 있습니다.
GAAFET, 속도와 에너지 효율을 동시에 잡다
기존 FinFET 디자인은 게이트가 부분적으로만 채널을 감싸기 때문에 전류 제어에 한계가 있고 에너지 누설이 발생하기 쉽습니다. 하지만 GAAFET 구조는 이러한 문제점을 해결하여 전압 이득을 높이고 전력 소비를 획기적으로 줄일 수 있습니다. 연구팀은 자사의 2D GAAFET 트랜지스터가 인텔의 최신 3nm 칩보다 40% 빠른 속도를 제공하면서도 10% 적은 전력을 소비한다고 주장했습니다. 이는 TSMC나 삼성의 현재 프로세서보다 우수한 성능을 의미합니다.
기존 반도체 인프라 활용 가능성
더욱 고무적인 점은 이 새로운 트랜지스터가 현재의 반도체 제조 인프라를 활용하여 생산될 수 있다는 것입니다. 연구팀은 반도체와 게이트 절연체로 사용될 두 가지 새로운 비스무트 기반 물질인 Bi₂O₂Se와 Bi₂SeO₅를 개발했습니다. 이 물질들은 낮은 계면 에너지를 특징으로 하며, 결함 및 전자 산란을 줄여 전자들이 거의 저항 없이 흐르도록 돕는다고 연구팀은 설명합니다.
미세화 한계 극복의 열쇠
기존 실리콘 기반 기술은 미세화 공정에서 한계에 직면하고 있습니다. 하지만 베이징대학교 연구팀의 새로운 트랜지스터 설계는 이러한 한계를 극복할 수 있는 가능성을 제시합니다. FinFET의 수직 구조와 달리, 새로운 디자인은 서로 얽힌 다리 모양을 하고 있습니다. 이러한 구조적 변화는 특히 3nm 이하의 공정에서 실리콘 기술이 직면한 미세화 한계를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다.
중국 반도체 기술 도약의 발판될까?
이번 연구 결과는 중국이 반도체 기술 분야에서 미국을 비롯한 선진국들을 따라잡을 수 있는 중요한 발판을 마련했다는 평가를 받고 있습니다. 물론 상용화까지는 더 많은 연구와 개발이 필요하겠지만, 새로운 소재와 구조를 활용한 혁신적인 트랜지스터 기술은 반도체 산업의 미래를 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
맺음말
베이징대학교 연구팀의 이번 성과는 반도체 업계에 신선한 충격을 주고 있습니다. 만약 이 기술이 상용화에 성공한다면, 단순히 칩 성능 향상을 넘어 반도체 시장의 주도권 변화를 가져올 수도 있습니다. 앞으로 중국의 기술 발전이 반도체 시장에 어떤 영향을 미칠지 주목해야 할 것입니다.
