발광 실리콘 합금으로 전자회로 성능 1천배로?

네덜란드 아인트호벤 공대 연구팀이 빛을 방출하는 실리콘 합금 개발에 성공했다고 발표했다.

똑같은 반도체에서도 질화갈륨 등이 LED 재료로 실용화되는 것과 달리 실리콘을 발광시키는 기술 개발은 상당히 어렵다. 하지만 이를 실현하면 지금까지 전자 흐름으로 데이터를 전송하고 회로가 광자에 의한 전송 대신 발열과 에너지 소비자 적고 빠른 전송을 기대할 수 있다.

연구팀은 칩끼리 통신 속도를 1,000배로 고속화할 수 있다고 설명하고 있다. 전자 회로에서 전자가 도체 내를 통과할 때 저항에 의해 열이 발생한다. 하지만 광자의 경우 저항을 안 받고 질량도 없기 때문에 통과하는 재료로 열 손실이 발생하지 않고 전기 통신보다 속도도 가능해진다고 한다. 다만 실리콘을 발광 가능하게 하는 건 어려워 오랜 연구 과제로 남아 있었다.

처음으로 육각형 구조 실리콘-게르마늄 합금을 가진 밴드 갭 구조에서 빛을 방출할 가능성이 있다고 생각한 건 50년 전 일이다. 다만 실리콘을 포함한 육각형 구조 형성이 쉽지 않아 나노 기술을 응용해 이를 실현한 건 지난 2015년이다. 당시에는 이를 발광시키는 데에는 이르지 못했고 연구팀은 육각형 실리콘-게르마늄 합금 불순물과 결정 결함을 제거하고 품질을 향상시키는 데 주력해야 했다. 그 결과로 얻어진 실리콘-게르마늄 나노와이어는 외부 레이저에 의해 빛을 투과할 수 있게 됐다.

연구팀은 이미 반도체 레이저에 이용하는 인듐 인화물이나 갈륨비소 등에 필적하는 광학 특성을 얻을 수 있다고 밝히고 있다. 올해 안에 실리콘 기반 레이저 광원을 실현할 수 있을 것이라고 설명했다. 또 다음 단계로 육각형 실리콘-게르마늄 입방정을 이용하는 현재 마이크로 일렉트로닉스에 통합하는 방법을 조사하고 있다. 발광 실리콘 기반 기술이 실용화 단계까지 이른다면 광통신과 컴퓨팅, 태양에너지 관련 기기 고성능화에 도움이 될 것으로 기대된다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.