KPI뉴스 - KAIST, '70년 난제' 준-페르미 준위 분리 현상 규명

  • 흐림서청주24.6℃
  • 흐림울산23.1℃
  • 흐림천안24.8℃
  • 구름많음진도군29.1℃
  • 흐림거제23.4℃
  • 흐림홍천23.4℃
  • 흐림세종27.0℃
  • 흐림남해22.6℃
  • 흐림금산27.6℃
  • 흐림함양군22.8℃
  • 구름많음흑산도29.6℃
  • 흐림순창군25.6℃
  • 비수원24.3℃
  • 흐림제주28.5℃
  • 흐림북춘천24.9℃
  • 비포항24.5℃
  • 흐림보성군24.1℃
  • 흐림의성24.0℃
  • 구름많음고창군26.5℃
  • 구름많음광주27.9℃
  • 구름많음고창26.7℃
  • 흐림보은23.4℃
  • 흐림경주시22.6℃
  • 흐림봉화22.0℃
  • 구름많음군산27.6℃
  • 흐림영주21.3℃
  • 흐림추풍령22.6℃
  • 흐림동해22.2℃
  • 흐림영덕23.1℃
  • 흐림밀양23.5℃
  • 흐림문경22.2℃
  • 흐림장흥27.0℃
  • 흐림부여27.1℃
  • 흐림청송군24.3℃
  • 흐림거창21.8℃
  • 흐림순천23.4℃
  • 흐림인제23.6℃
  • 흐림진주21.8℃
  • 흐림김해시22.6℃
  • 흐림강화24.2℃
  • 흐림부안28.0℃
  • 흐림합천21.5℃
  • 흐림울진22.8℃
  • 구름많음목포28.7℃
  • 비울릉도26.1℃
  • 흐림파주24.3℃
  • 비인천24.9℃
  • 구름많음영광군27.0℃
  • 흐림강릉23.5℃
  • 흐림양평23.2℃
  • 흐림정읍27.8℃
  • 흐림춘천25.2℃
  • 흐림제천22.3℃
  • 흐림서산25.1℃
  • 흐림강진군27.6℃
  • 비부산23.3℃
  • 흐림산청22.3℃
  • 구름많음보령28.8℃
  • 흐림해남29.1℃
  • 흐림영월22.6℃
  • 흐림고흥24.2℃
  • 흐림북창원23.8℃
  • 흐림통영23.8℃
  • 비서울24.5℃
  • 흐림장수22.9℃
  • 비대구23.2℃
  • 비안동23.0℃
  • 흐림남원24.6℃
  • 흐림양산시23.7℃
  • 흐림고산26.4℃
  • 흐림충주24.2℃
  • 흐림광양시22.3℃
  • 흐림이천23.3℃
  • 흐림구미23.9℃
  • 구름많음동두천25.0℃
  • 비북강릉23.0℃
  • 비여수22.9℃
  • 흐림청주25.8℃
  • 비창원23.1℃
  • 흐림속초24.1℃
  • 흐림정선군22.7℃
  • 비북부산23.6℃
  • 흐림철원25.0℃
  • 흐림의령군21.1℃
  • 흐림영천22.8℃
  • 흐림상주22.7℃
  • 흐림홍성26.2℃
  • 흐림원주23.6℃
  • 흐림전주27.0℃
  • 구름많음대전27.2℃
  • 흐림완도27.6℃
  • 흐림서귀포28.0℃
  • 맑음백령도27.8℃
  • 흐림임실24.8℃
  • 흐림태백20.1℃
  • 흐림대관령20.5℃
  • 흐림성산28.4℃

KAIST, '70년 난제' 준-페르미 준위 분리 현상 규명

김들풀 Google구글에서 선호하는 출처로 추가
기사승인 : 2020-04-27 10:24:39
차세대 나노소자 전산 설계 분야 원천기술 확보 KAIST 연구진이 70년 난제로 꼽히던 준-페르미(quasi-Fermi level) 준위 분리 현상의 원자 수준 규명에 성공했다.

전기전자공학부 김용훈 교수 연구팀이 반도체 소자 동작의 기원인 준-페르미 준위 분리 현상을 제1 원리적으로 기술하는 데 세계 최초로 성공했다고 27일 밝혔다.

▲ 김용훈 교수(왼쪽) 연구팀. [KAIST 제공]

제1 원리적인 방법이란 실험적 데이터나 경험적 모델을 사용하지 않고 슈뢰딩거 방정식을 직접 푸는 양자역학적 물질 시뮬레이션 방법이다.

김 교수 연구팀의 연구 결과는 특히 비평형 상태의 나노 소자 내에서 발생하는 복잡한 전압 강하의 기원을 새로운 이론 체계와 슈퍼컴퓨터를 통해 규명했다. 앞으로 다양한 첨단 반도체 소자 분석 및 차세대 나노 소자 개발을 위한 이론적 틀을 제공할 것으로 기대된다.

이번 연구 성과는 국제학술지 미국 '국립과학원회보'에 논문명 '초기 나노 스케일 접합에서 준 페르미 수준 분리(Quasi-Fermi level splitting in nanoscale junctions from ab initio)'으로 4월 23일자 온라인판에 게재됐다.

▲ 연구팀의 준-페르미 준위 분리 현상 규명 개념도. [KAIST 제공]

반도체 관련 교과서에도 소개되고 있는 준-페르미 준위 개념은 반도체 소자 내 전압인가 상황을 기술하는 표준적인 이론 도구로서 그동안 트랜지스터, 태양전지, 발광다이오드(LED) 등 다양한 반도체 소자들의 구동 원리를 이해하거나 성능을 결정하는 데 경험적으로 사용돼왔다.

하지만 준-페르미 준위 분포 현상은 1956년 노벨 물리학상 수상자 윌리엄 쇼클리(William B. Shockley)가 제시한 지 70년이 지난 현재에도 전압 인가 상황의 반도체 소자 채널 내에서 측정하거나 계산을 해야 하는 어려움 때문에 원자 수준에서는 이해되지 못한 상황이 계속됐다.

연구팀은 차세대 반도체 소자의 후보군으로 주목을 받는 단일분자 소자에서, 나노미터 길이에서 발생하는 복잡한 전압 강하 현상을 최초로 규명해냈다. 특히 전도성이 강한 특정 나노 전자소자에 대해 비 선형적 전압 강하 현상이 일어나는 원인이 준-페르미 준위 분리 현상임을 밝혔다.

이러한 연구 성과는 김 교수 연구팀이 다년간에 걸쳐 새로운 반도체 소자 제1 원리 계산 이론을 확립하고 이를 소프트웨어적으로 구현했기에 가능했다. 이는 외산 소프트웨어에만 의존하던 반도체 설계 분야에서 세계적으로 경쟁력 있는 차세대 나노소자 전산 설계 원천기술을 확보했다는 점에서 큰 의미가 있다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업, 나노소재원천기술개발사업, 기초연구실지원사업, 글로벌프론티어사업의 지원을 받아 수행됐다.

UPU뉴스 / 김들풀 iT과학 전문기자 itnews@kpinews.kr

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]