반도체 시장에서 CPU 등의 트랜지스터는 무어의 법칙에 따라 반도체 제조 프로세스가 미세화되어 왔다. 그것에 맞춰 성능도 증가했는데 앞으로는 더 미세화하는 것이 기술적으로 어려워지고 언젠가는 물리적 한계를 맞는다. 수 십년째 반도체 분야 최첨단을 달리는 인텔 조차 미세화 사이클이 장기화되기 시작했다.
이런 상황에서 최근 미국 캘리포니아 대학 샌디에고의 연구자들은 반도체를 사용하지 않는 광학 제어에 의한 마이크로 일렉트로닉스 기기를 개발했다고 밝혔다. 이로써 반도체의 한계를 돌파할 수 있다고 한다.
이 신기술은 반도체 트랜지스터 전에 컴퓨터에 사용된 진공관에 가까워 진공 상태의 디바이스에 전압을 인가함으로써 전자를 방출시키는 구조다. 그러나 기존의 진공관 기술에서는 100V 이상의 고압과 고출력 레이저, 500℃ 이상의 고온이 필요해 현재 CPU 같은 마이크로 디바이스에는 제공할 수 없다.
그래서 개발한 것이 "메타 서페이스"라고 불리는 특수한 표면 구조다. 실리콘 웨이퍼상의 산화 실리콘 위에 금으로 만든 나노 미터 크기의 버섯 모양의 구조물을 늘어놓는다. 여기에 10V의 전압을 걸어 저 출력의 적외선 레이저를 쏘면 고밀도의 핫 스팟이 형성되고 금속에서 진공 공간에 전자를 발사하기에 충분한 에너지를 얻는다. 한계를 맞이한 반도체를 대신하고 보다 고속의 디바이스를 실현할 수 있다고 밝혔다.
연구팀은 이 기술이 모든 반도체 디바이스를 대체하는 것은 아니라고 밝히며 초 고주파수, 하이 파워 디바이스에 적합하다고 한다. 또, 메타 표면 구조를 바꿈으로써 다른 종류의 마이크로 일렉트로닉스 기기에 최적화할 수 있는 것 외 광화학, 광촉매, 태양 전지 등에도 응용이 가능하다고 한다.
앞으로 이 기술을 어디까지 확장할 수 있는지, 어디까지 성능을 높일 수 있는지 연구를 계속한다.
