김상섭 기자
커버사진 및 모식도.(사진= 인천대 제공)
[뉴스통신=김상섭 기자] 인천대교수연구팀이 양자컴퓨터구현위한 초저전력 위상 트랜지스터이론적 설계에 성공했다.
6일 인천대학교(총장 이인재)는 전자공학부·지능형반도체공학과 이영훈 교수 연구팀이 초저전력 위상 트랜지스터를 이론적으로 설계하는데 성공했다고 밝혔다.
이번 이론적 설계는 대규모 양자컴퓨팅 시스템구현을 위한 극저온 전자 인터페이스에 활용할 수 있는 초저전력 위상 트랜지스터다.
대규모 양자컴퓨팅 시스템을 구현하기 위해서는 양자 프로세서와 연결되는 극저온(4K 이하) 전자 제어·판독 회로가 필수적이다.
그러나 기존 활용돼온 III-V족 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)는 냉각장치의 냉각용량을 초과하는 전력소모문제로 대규모 큐비트 집적에 한계가 있다.
이영훈 교수 연구팀은 기존 HEMT를 대체할 수 있는 새로운 소자구조 NC-TIFET를 이론적으로 제안하고 분석했다. (
이 소자는 2차원 위상절연체 1T′-MoS2(1T′상 이황화 몰리브덴)의 고유한 위상학적 특성과 강유전체게이트 절연체 HZO(하프늄-지르코늄 산화물) 음의 정전용량효과를 결합한 구조다.
연구팀의 이론분석에 따르면, NC-TIFET은 4K 극저온 환경에서 드레인전압 0.05 V에서 20 mV 미만의 스위칭전압을 달성했다.
0.1 V 조건에서는 26 S/mm에 달하는 매우높은 트랜스컨덕턴스(gm)를 보였으며, 이는 보고된 극저온 HEMT의 최고 실험값(0.8 S/mm)보다 30배이상 높은 성능이다.
따라서, 대규모 양자컴퓨팅용 극저온 전자 인터페이스의 전력소모를 획기적으로 줄일 수 있음을 시사한다.
이영훈 교수는 "이번 연구는 위상절연체 고유한 물리적특성과 강유전체 음의 정전용량효과를 결합해 기존 HEMT 전력소모한계를 넘어설 수 있는 새로운 트랜지스터개념을 제시했다"고 말했다.
이어, "향후 채널소재인 1T′상 이황화 몰리브덴의 준안정상 안정화기술과 실험적구현 연구가 진행되면, 대규모 양자컴퓨팅시스템 실용화에 크게기여할 수 있을 것"이라고 덧붙였다.
한편, 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 나노레터스(Nano Letters)에 2월에 게재됐으며,부표지논문(Supplementary Cover)으로도 선정됐다.
아울러 논문제목은 ‘Designing Extremely Low-Power Topological Transistors with 1T′-MoS2 and HZO for Cryogenic Applications’이다.
