다이아몬드 파운드리가 스탠퍼드 대학교와 협력해 실리콘 대비 50배 빠른 스위칭 속도를 내는 다이아몬드 트랜지스터를 개발했습니다.
기존 불순물 주입 대신 표면 전달 도핑 방식을 써서 결함 없이 고유의 열전도도와 절연 성능을 그대로 유지했습니다.
최신 3nm 실리콘 공정과 대등한 서브스레숄드 스윙을 달성했으며 연구용 다이아몬드 기판 공급도 진행 중입니다.
요약 인공 다이아몬드 제조 및 반도체 소재 기업 다이아몬드 파운드리(Diamond Foundry)가 스탠퍼드 대학교와의 협업을 통해 다이아몬드를 반도체로 사용하는 올 다이아몬드 MOSFET(Diamond Transistor) 기술을 공개했습니다.
공개된 내용에 따르면, 이번 다이아몬드 트랜지스터는 기존 실리콘 대비 최대 50배 빠른 스위칭 속도를 자랑합니다. 기존 반도체 공정처럼 결정 내부에 불순물을 직접 주입(이온 주입)하는 방식 대신, 표면 전달 도핑(surface transfer doping) 기술을 적용해 전하 수송자를 유도한 것이 특징입니다.
구체적으로 단결정 다이아몬드 웨이퍼 표면을 수소 원자층으로 종단 처리하면 전자 친화도가 음수(negative)가 되며, 이를 통해 전자가 표면 수용체로 이동하게 됩니다. 이때 표면에서 수 나노미터 이내 영역에 고밀도 2차원 정공 가스(2DHG)가 형성되어 p형 전도성을 띠게 됩니다. 이 방식은 기존의 격자 결함이나 캐리어 산란 문제를 방지하면서도 다이아몬드 고유의 순도, 탁월한 열전도율, 절연파괴 강도를 그대로 유지할 수 있어 고출력·고주파수 및 방사선 내구성이 필요한 차세대 소자에 매우 유리합니다.
다이아몬드 파운드리 측은 IEEE 논문을 통해 전도 메커니즘을 규명하는 한편, 서브스레숄드 스윙(subthreshold swing) 면에서 현재 최첨단 3nm 실리콘 공정과 대등한 수준을 달성했다고 밝혔습니다. 또한 자체 트랜지스터 개발 연구진을 위해 다이아몬드 기판 공급도 병행하고 있습니다.