국내 연구진이 반도체의 성능을 떨어뜨리고 전력 낭비를 일으키는 전기 병목현상에 대한 해결법을 처음으로 찾아냈다. 카이스트 신소재공학과·성균관대 신소재공학과 공동 연구팀은 차세대 반도체 소자로 주목받는 2차원 소재에서 전기가 막힘없이 흐르는 새로운 구조를 설계하고 이를 나노미터 수준에서 직접 관찰할 수 있는 분석 플랫폼을 개발했다고 13일 밝혔다. 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘매터’(Matter) 7월호에 실렸다. 반도체는 금속 전극과 반도체가 만나는 경계에서 접촉 저항이 발생해 성능이 떨어지고 전력 손실이 발생한다. 접촉 저항의 영향은 반도체가 점점 작아질수록 더 커지는 경향이 있어 차세대 반도체 개발의 가장 큰 기술적 난제로 꼽혔다. 연구팀은 이런 전기 병목현상을 막기 위해 금속 전극을 반도체 위에 붙이는 대신, 원자 한두 층 두께의 2차원 소재 안에 금속처럼 전기가 잘 흐르는 성질의 준금속과 반도체 영역을 연속적으로 구현했다. 같은 소재 안에서 두 영역이 자연스럽게 이어지도록 해, 전류가 경계에서 막히지 않고 흐를 수 있음을 세계 최초로 입증한 것이다. 연구팀은 탐침으로 표면과 전기적 특성을 원자 수준까지 측정할 수 있는 원자힘현미경(AFM)으로 박막 내부에서 전하가 이동하는 모습을 나노미터 수준에서 직접 관찰하는 데도 성공했다. 단일 소재 내에 준금속과 반도체 영역을 연속 구현하면 전류의 흐름이 방해되지 않는다는 사실을 실험적으로 처음 입증한 것이다. 홍승범 카이스트 신소재공학과 교수는 “이번 기술은 인공지능(AI) 반도체, 초저전력 반도체, 차세대 로직 반도체 등 미래 반도체 기술 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다”고 설명했다.

국내 연구진이 반도체의 성능을 떨어뜨리고 전력 낭비를 일으키는 전기 병목현상 해결법을 처음 개발했다. 카이스트 신소재공학과, 성균관대 신소재공학과 공동 연구팀은 차세대 반도체 소자로 주목받는 2차원 소재에서 전기가 막힘없이 흐르는 새로운 구조를 설계하고 이를 나노미터 수준에서 직접 관찰할 수 있는 분석 플랫폼을 개발했다고 13일 밝혔다. 이 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘매터’(Matter) 7월호에 실렸다. 반도체는 금속 전극과 반도체가 만나는 경계에서 접촉 저항이 발생해 성능이 떨어지고 전력 손실이 발생한다. 반도체가 점점 작아질수록 접촉 저항의 영향은 더욱 커져 차세대 반도체 개발의 가장 큰 기술적 난제로 꼽혔다. 연구팀은 이 같은 전기 병목현상을 막기 위해 금속 전극을 반도체 위에 붙이는 대신 원자 한두 층 두께의 2차원 소재 안에 금속처럼 전기가 잘 흐르는 성질의 준금속과 반도체 영역을 연속적으로 구현했다. 연구팀은 원자층 두께의 2차원 소재인 백금 다이셀레나이드 하나의 박막 안에 준금속과 반도체 영역을 연속적으로 만든 것이다. 같은 소재 안에서 두 영역이 자연스럽게 이어지도록 해 전류가 경계에서 막히지 않고 흐를 수 있음을 세계 최초로 입증했다. 연구팀은 탐침으로 표면과 전기적 특성을 원자 수준까지 측정할 수 있는 원자힘현미경(AFM)으로 박막 내부에서 전하가 이동하는 모습을 나노미터 수준에서 직접 관찰하는 데도 성공했다. 이를 통해 준금속 영역에서 반도체 영역으로 전류가 이동할 때 흐름이 막히거나 방향이 꺾이는 ‘전기 병목현상’ 없이 자연스럽게 이어지는 것도 처음 관찰했다. 단일 소재 내에 준금속과 반도체 영역을 연속 구현하면 전류의 흐름이 방해되지 않는다는 사실을 실험적으로 처음 입증한 것이다. 홍승범 카이스트 신소재공학과 교수는 “이번 연구는 2차원 반도체 계면에서 전류가 흐르는 모습을 나노미터 수준에서 직접 확인한 첫 사례”라며 “단일체 계면이 전류의 흐름을 방해하지 않는다는 사실을 실험적으로 입증한 만큼 인공지능(AI) 반도체, 초저전력 반도체, 차세대 로직 반도체 등 미래 반도체 기술 개발에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다”고 설명했다.

오래 전 남아메리카 안데스산맥 일대를 찬란히 수놓았던 ‘잉카’, ‘찬초로’ 문명을 괴롭혔던 악재 중 특정 ‘독’ 물질이 있었다는 주장이 제기돼 관심이 집중되고 있다. 미국 온라인 과학매체 라이브 사이언스 닷컴은 미국 캘리포니아 대학 로스앤젤레스 캠퍼스 고고학 연구진이 고대 잉카문명 사람들을 죽음으로 몰아넣었던 큰 원인 중 하나가 ‘비소 중독’이라는 견해를 밝혔다고 15일(현지시간) 보도했다. 연구진은 최근 남미 칠레 북부 아타카마 건조지대에서 발견된 1000~1,500년 전 사망한 것으로 추정되는 미라를 정밀 조사한 결과, 한 가지 주목할 만한 사실을 밝혀냈다. 미라의 머리카락 성분에서 인체에 치명적인 ‘비소’가 검출되었기 때문. 준금속(금속과 비금속의 중간 성질) 원소인 비소의 독성은 예로부터 악명이 높아 암살용으로 많이 활용돼왔으며 최근에도 농약·제초제·살충제 등의 재료로 많이 쓰이고 있다. 연구진은 해당 미라의 머리카락 샘플을 전자 현미경으로 자세히 관찰한 결과, 삼산화 비소(As2O3) 동소체를 발견할 수 있었다. 특히 미라가 발견된 지역 일대는 질산칼륨, 구리 광맥이 풍부한 광산지대다. 여기에서 흘러나온 비소 물질이 인근 강가로 스며들었고 많은 사람들이 이를 식수로 활용하다 중독됐을 것으로 연구진은 추측했다. 실제로 미라가 발견된 건조지대 일대의 토양샘플과 무덤 지질을 조사한 결과, 동일한 형태의 비소 흔적이 검출됐다. 캘리포니아 대학 고고학 연구원인 이오나 카코울리는 “다른 신체 부위, 특히 내장은 부패해 일찍 사라지는 것에 비해 머리 부분은 쉽게 변하지 않는다. 혈액 순환이나 이물질 침투 흔적이 비교적 상세히 남아있어 이런 형태의 연구에 큰 도움을 준다”며 “머리에 남아있는 비소 흔적은 독이 혈류를 타고 뇌로 침투했다는 것을 의미한다”고 설명 했다. 한편 해당 연구결과는 지난 1월 국제학술지인 ‘분석 화학저널(Analytical Chemistry)’에 발표됐다. 사진=라이브 사이언스닷컴　 조우상 기자 wscho@seoul.co.kr