기존 반도체 구조인 '표준형 2차원 평면소자'는 그 크기가 작아질 경우 동작하지 않을 때도 전류가 누설되는 현상이 나타난다.


이를 '단채널 효과'라 한다.


전기 스위치에 비유하면 꺼졌다가 켜지는 동작이 제대로 이뤄지지 않는 현상이다.


위의 그림은 반도체 회로에서 전류가 흐르는 통로인 '채널'은 고무호스에,전류는 물에 비유한 것이다.


2차원 평면소자의 경우 반도체 구조에서 전류 흐름을 조절하는 '게이트'가 하나밖에 없어 제대로 전류 흐름을 차단할 수 없다.


고무호스를 한 쪽에서만 누르면 물 흐름을 완전히 막을 수 없는 이치다.


일본 NEC가 2003년 선보인 4㎚ 소자는 이 같은 2차원 평면소자여서 전류 누설 현상 등으로 인해 실용화하기 어렵다는 평가를 받았다.


반면 3차원 소자(핀펫)는 폭이 좁은 채널을 2개 이상의 게이트가 부분 또는 전면을 감싸고 있어 누설되는 전류를 훨씬 효과적으로 줄일 수 있다.


고무호스를 여러 방향에서 입체적으로 잡아 누르면 물 흐름을 보다 효과적으로 막을 수 있는 원리다.


이런 원리로 누설 전류를 줄일 수 있다는 것은 안정된 반도체로 쓸 수 있는 보다 작은 소자를 만들 수 있음을 의미한다.


이는 실제 실용화 가능한 수 ㎚급 소자를 개발할 수 있음을 뜻한다는 게 연구진의 설명이다.


이번에 최 교수팀이 개발한 소자는 실리콘 채널의 사방에 게이트가 만들어진 '전면 게이트 핀펫'이다.


3nm의 얇은 실리콘 채널의 전면을 3nm급의 게이트가 감싸고 있어 전류 누설을 거의 완전히 막을 수 있는 것이다.


3nm의 소자는 단 9개 정도의 실리콘 원자가 안에 들어 있을 정도로 아주 작다.


최 교수는 원래 미국에서 3차원 핀펫에 대한 원천기술을 개발했으며 이를 응용,이번에 게이트가 채널을 전면에서 감싸고 있는 새로운 소자를 만들어냈다.