한국 과학자들, AI 기기용 다기능 트랜지스터 개발
POSTECH(포항공과대학교) 연구팀이 여러 논리 기능을 동시에 수행할 수 있는 새로운 유형의 트랜지스터를 개발했습니다. 저널 Advanced Functional Materials에 발표된 이 기술은 웨어러블 전자기기 및 AI 단말기에서 부품 요구량을 75% 줄이고 데이터 처리를 4배 가속화합니다.
분석 기사: POSTECH의 다기능 트랜지스터 — 패러다임 전환인가, 실험실 호기심인가?
트랜지스터 하나로 4개를 대체, 4배 속도 향상, 그리고 EDA 도구 시장을 뒤흔들 수 있는 기술.
2026년 6월 9일, POSTECH의 이병훈 교수 연구팀이 Advanced Functional Materials에 논문을 발표하여 반도체 업계의 많은 이들을 주목하게 했습니다. 그들은 ZnO-Te 이종접합을 기반으로 한 트랜지스터를 만들었는데, 이 트랜지스터는 이중 음성 차등 전달 컨덕턴스(D-NDT) 현상을 나타냅니다. 이는 전류가 먼저 상승하고, 하강하고, 다시 상승하고, 다시 하강하는 현상입니다.
언뜻 보기에는 또 하나의 실험실 호기심에 불과합니다. 하지만 이 결과가 왜 기존 강자들에게 생각보다 더 위험할 수 있는지, 그리고 한국 과학자들의 뛰어난 성과에도 불구하고 실험실에서 TSMC나 Intel 공장으로 가는 길이 10년이 걸리거나 아예 실현되지 않을 수도 있는 이유를 설명하겠습니다.
[핵심] 실제로 무슨 일이 일어나고 있는가
잠시 FinFET, GAA, 2nm 공정은 잊으세요. POSTECH이 한 일은 현대 마이크로일렉트로닉스의 근본 원리에 대한 공격입니다. 50년 동안 우리는 '하나의 트랜지스터, 하나의 논리 기능'이라는 원칙으로 디지털 회로를 설계해 왔습니다. 물론 복잡한 게이트, 플립플롭, 멀티플렉서가 있지만, 각 기본 논리 요소(AND, OR, NOT)는 여러 트랜지스터를 특정 방식으로 연결하여 구성됩니다.
POSTECH 연구팀은 그 원칙을 깨뜨렸습니다. 그들의 트랜지스터는 단순한 '메모리가 있는 트랜지스터'나 '재구성 가능한 트랜지스터'가 아닙니다. 이는 단독으로 기존 설계에서 4개의 트랜지스터와 복잡한 회로가 필요한 기능을 수행할 수 있는 장치입니다. 바로 주파수 4배 증배기(frequency quadrupler)입니다. 입력 신호를 받아 4배의 주파수를 가진 신호를 출력하는 회로입니다.
어떻게 작동할까요? 핵심 단어는 D-NDT입니다. 일반 트랜지스터에서 전류-전압 관계는 부드러운 단조 곡선입니다. 이 장치에서는 이 곡선에 두 개의 '언덕'과 두 개의 '골짜기'가 있습니다. 즉, 하나의 입력 신호가 트랜지스터를 통과하면서 네 가지 다른 출력 상태로 '잘립니다'. 과학자들은 ZnO와 Te 층 사이의 오버랩 길이를 정밀하게 조정하여 단일 결정 내에서 종방향 및 횡방향 전류를 동시에 얻었습니다.
왜 중요할까요? 모든 것이 단순화되기 때문입니다: 부품 75% 감소, 입력 신호 주기당 데이터 처리 4배 향상. 그리고 가장 중요한 것은 저온 증착(<200°C)으로 이 트랜지스터를 어떤 단계에서든 통합할 수 있다는 점입니다. 심지어 완성된 칩 위에 추가 레이어로도 가능합니다.
타임라인과 맥락
이병훈 교수 연구팀은 무작정 시도한 것이 아닙니다. 그들의 현재 성공은 2026년 내내 이루어진 일련의 돌파구에 따른 것이며, 이는 단순한 연구 그룹이 아니라 미래 기술의 진정한 '인큐베이터'임을 보여줍니다.
2026년 3월: 동일한 POSTECH 그룹의 ACS Nano 논문이 초박형 텔루륨 트랜지스터의 접촉 저항 문제를 다루었습니다. 그들은 Raised Source and Drain(RSD) 구조를 적용하여 전류가 트랜지스터에 들어오고 나가는 영역을 국부적으로 두껍게 만들었습니다. 결과: 접촉 저항이 50배 감소하고, 온-상태 전류가 극저온에서 17배 증가했습니다. 이는 신호였습니다: 텔루륨(Te)이 3D 집적에서 실리콘을 대체할 진지한 후보가 될 수 있다는 것입니다.
2026년 5월: Advanced Functional Materials에 논문 발표. 이번에는 저항이 아니라 단일 트랜지스터의 '지능'에 관한 것입니다. 논문은 5월 26일자이지만, 글로벌 미디어는 6월 4-9일에야 보도했습니다. 타임라인에 주목하세요: '전도성' 문제 해결과 '기능성' 문제 해결 사이에 불과 두 달입니다. 그룹은 놀라운 속도로 작업하고 있습니다.
지금, 2026년 6월: 이 소식은 Semiconductor Digest에서 EurekAlert에 이르기까지 모든 업계 간행물에 퍼지고 있습니다. 하지만 자주 있는 일처럼, 과학적 센세이션은 '내일의 혁명'으로 제시됩니다. 그러나 상용화로 가는 실제 경로(제조 기술 개발, 스케일링, 표준 셀 라이브러리 생성)는 수년이 걸릴 것입니다. 그러나 한국 정부가 과학기술정보통신부를 통해 이 연구를 지원하고 있다는 사실(국가반도체연구소 핵심기술개발사업)은 많은 것을 말해줍니다. 서울은 포스트실리콘 전자공학에 베팅하고 있습니다.
누가 이기고 누가 지는가
승자 #1: 삼성전자 (잠재적으로). 삼성과 POSTECH은 오랜 관계를 유지하고 있습니다. 게다가 삼성은 공정 기술뿐만 아니라 아키텍처에서도 TSMC와의 격차를 벌릴 방법을 적극적으로 모색하고 있습니다. 삼성이 이 기술을 먼저 라이선스하고 D-NDT 트랜지스터를 차세대 메모리 칩이나 AI 가속기용 로직(예: 지난주 발표된 Mach-2 라인)에 내장할 수 있다면, 그들은 독특한 이점을 얻습니다: 더 적은 트랜지스터로 더 많은 캐시와 메모리 공간을 확보할 수 있습니다.
승자 #2: 웨어러블 전자기기 제조사 (Apple, Garmin, Huawei). 스마트워치와 AR 글래스의 경우 다이의 모든 제곱밀리미터가 소중합니다. 부품 수를 75% 줄인다는 것은 기능을 유지하면서 칩 크기를 획기적으로 줄이거나, 더 중요하게는 동일한 크기에서 새로운 기능(손목에서 직접 AI 추론)을 추가할 수 있다는 의미입니다. Apple은 이미 차세대 Vision Pro를 위한 포스트실리콘 기술을 테스트하고 있으며, ZnO-Te 트랜지스터가 그 퍼즐의 일부가 될 수 있습니다.
승자 #3: 한국 과학기술정보통신부. 이전 분석에서 논의한 한국 정부의 AI-RAN을 위한 3900만 달러는 네트워크 수준의 '수직적' 통합입니다. 여기서는 재료 과학 수준의 '수평적' 돌파구입니다. 한국은 기초 과학(POSTECH)에서 응용 솔루션(삼성, SK하이닉스)에 이르는 전체 스택을 구축하고 있습니다. 이는 유럽(IMEC)과 미국(Albany NanoTech Complex)이 따라 하려는 전략이지만, 한국인은 짧은 타임라인과 강력한 조정 덕분에 더 빠릅니다.
패자 #1: Synopsys와 Cadence (EDA 거대 기업). 그들의 사업은 표준 셀 라이브러리를 기반으로 한 칩 설계 소프트웨어입니다. 4개의 일반 트랜지스터 기능을 수행하는 트랜지스터가 등장하면 규칙이 바뀝니다. 합성, 배치 및 배선, 정적 타이밍 분석(STA)을 위한 새로운 도구가 필요합니다. Synopsys와 Cadence는 D-NDT 장치에 대한 준비된 모델이 없습니다. 그들은 긴급히 자체 개발하거나 스타트업을 인수해야 할 것입니다. 아마도 향후 3-6개월 내에 이들 회사 중 하나가 이미 '다기능 트랜지스터'를 연구하던 작은 프랑스 또는 이스라엘 스타트업을 인수하는 것을 보게 될 것입니다.
패자 #2: Intel (단기적으로). Intel은 방금 Google로부터 300만 개의 TPU 대량 주문을 받았습니다. 모든 투자자의 관심은 18A 공정과 하이퍼스케일러 계약에 쏠려 있습니다. 그러나 장기적으로 Intel은 iPhone 시대의 Nokia와 같은 함정에 빠질 수 있습니다: 그들은 '자신이 아는 것'(공정 기술)을 계속 '개선'하는 반면, 경쟁자들은 컴퓨팅의 아키텍처 자체를 바꾸고 있습니다. Intel은 Samsung과 달리 D-NDT 트랜지스터에 대한 공개 연구가 없습니다. 이는 경고 신호입니다.
패자 #3: TSMC (간접적으로). TSMC는 실리콘 리소그래피의 왕입니다. 그러나 여기서는 고급 EUV 스캐너가 필요하지 않은 재료(ZnO와 Te는 저온에서 증착됨)에 대해 이야기하고 있습니다. 시장이 단순히 '더 얇은 트랜지스터'보다 '기능적 트랜지스터'로 이동한다면, TSMC는 리소그래피에 대한 막대한 투자에 기반한 기술적 우위의 일부를 잃게 됩니다. 이것이 내일 일어나지는 않지만, 추세는 설정되었습니다.
미디어가 말하지 않는 것
뉴스 피드는 POSTECH의 보도 자료를 재게시하고 '돌파구'와 '혁명'에 대한 상투적인 문구를 추가하고 있습니다. 그러나 그들은 세 가지 근본적인 문제를 놓치고 있습니다.
인사이트 #1: 온도 안정성 — 주요 걸림돌
어느 출판물도 묻지 않습니다: 이 ZnO-Te 이종접합은 85°C에서 어떻게 작동합니까? 125°C에서는? 스마트폰 칩에서 온도는 쉽게 80-100°C에 도달합니다. 데이터 센터에서도 마찬가지입니다. 텔루륨과 산화아연은 온도에 따라 특성이 크게 변할 수 있는 재료입니다. Advanced Functional Materials 논문은 실온에서의 실험을 설명합니다. 온도 테스트에 대한 언급은 없습니다. D-NDT 효과가 60°C로 가열될 때 사라진다면, 이 기술의 상업적 응용은 실험실과 아마도 저전력 의료용 임플란트로 제한될 것입니다. AI 가속기는 아닙니다.
인사이트 #2: 특성 변동성 — 제조업체의 악몽
제조 정밀도가 핵심입니다. D-NDT는 ZnO와 Te 사이의 엄격하게 정의된 오버랩 길이에서만 발생합니다. 1-2nm의 편차는 이중 피크 대신 단일 피크 또는 전혀 피크가 없음을 의미합니다. 300mm 웨이퍼에는 수십억 개의 이러한 트랜지스터가 있을 수 있습니다. 웨이퍼 전체 영역에 걸쳐 텔루륨을 산화아연 위에 나노미터 정밀도로 증착하는 것은 세계 어느 누구도 달성하지 못한 작업입니다. POSTECH은 실험실에서 몇 개의 샘플로 해냈습니다. 그러나 생산 속도가 시간당 수백 개의 웨이퍼인 팹에서 이 위업을 반복하는 것은 엄청나게 어려울 것입니다. 수율은 성숙한 실리콘 공정의 95% 대비 5-10%로 용납할 수 없을 정도로 낮을 수 있습니다.
인사이트 #3: 텔루륨 — 희귀하고 값비싼 재료
리뷰는 '가용성'과 '저온 증착'을 언급하지만 주요 요점을 생략합니다: 텔루륨은 지각에서 가장 희귀한 원소 중 하나입니다. 그 풍부함은 백금과 비슷합니다. 전 세계 텔루륨 생산량은 연간 약 500톤이며, 주로 합금 및 열전 재료에 사용됩니다. 텔루륨 기반 트랜지스터를 대량 생산하려면 텔루륨 채굴을 수백 배 늘려야 합니다. 이는 단순히 비싼 것뿐만 아니라 필요한 규모에서 물리적으로 불가능할 수도 있습니다. 실리콘은 지각의 28%를 차지합니다. 텔루륨: 0.0000001%. 차이를 느껴보세요. 기술이 준비되더라도 텔루륨은 반도체의 새로운 '리튬'이 될 것입니다. 그러나 훨씬 더 희소합니다. 이는 ZnO-Te 트랜지스터가 고마진 응용 분야(군용 칩, 의료용 임플란트, 우주)를 위한 틈새 제품으로 남을 것이지만, 대중 시장 전자제품에서 실리콘을 대체하지는 않을 것임을 의미합니다.
예측: 향후 30일 및 90일
향후 30일 (2026년 7월 중순까지)
1. 인용 및 후속 연구의 물결. Advanced Functional Materials 논문은 많이 인용될 것입니다. 한 달 안에 다른 연구소(미국, 유럽, 중국)에서 최소 3-4개의 독립적인 연구가 다른 재료(예: 인듐 갈륨 아연 산화물 IGZO 또는 이황화 몰리브덴 MoS2)에서 D-NDT 효과를 재현하려고 시도할 것입니다. 적어도 두 그룹이 결과를 확인하면, 이 현상이 인공물이 아니라 물리적 효과라는 신호입니다.
2. 삼성-POSTECH 협상. 삼성은 삼성종합기술원(SAIT)에서 포항으로 대표단을 보낼 것입니다. 목표: 독점 라이선스 계약. 30일 이내에 삼성이 이병훈 교수 연구 그룹에 ZnO-Te 트랜지스터를 사용한 3D 집적 프로토타입을 만들기 위해 500-1000만 달러를 투자하고 있다는 확인되지 않은 정보(한국 언론의 내부자 팁)가 나올 것으로 예상합니다. 이는 공개 뉴스가 아니지만 업계는 알게 될 것입니다.
3. 한국의 벤처 캐피탈 활동. 딥테크 벤처 펀드(예: SoftBank Vision Fund, 한국에서 투자 전략을 수정 중인 경우, 또는 KDB Capital과 같은 현지 한국 펀드)는 새로운 재료로 '다치 논리'와 '주파수 증배'를 연구하는 스타트업을 찾기 시작할 것입니다. 이는 초기 단계이지만, 7월 말까지 최소 1500-2000만 달러 규모의 시리즈 A 거래가 하나 있을 것으로 예측합니다.
중기 예측 (90일, 2026년 9월까지)
1. 삼성의 첫 상업적 개념 증명. 삼성은 (비공개로, 12월 IEDM 컨퍼런스에서 발표하지만 9월에 힌트가 나타날 것임) HBM 메모리의 3D 패키징에서 ZnO-Te 트랜지스터 테스트를 발표할 것입니다. 구체적으로: 메모리 다이의 클록 신호를 위한 주파수 4배 증배기로 D-NDT 트랜지스터를 사용합니다. 이는 메모리 인터페이스 전력 소비를 20-25% 줄일 수 있습니다. 확인되면, 삼성 주식은 'HBM 에너지 효율성 돌파구' 소식에 5-7% 상승할 수 있습니다.
2. Intel과 TSMC의 반응 — 부정 또는 인수. 주요 칩 제조사들은 이 기술에 대해 공개적으로 언급해야 할 것입니다. 아마도 그들은 '흥미롭지만 미성숙하고 근본적인 확장성 문제가 있다'고 말할 것입니다(우리가 논의한 대로 사실입니다). 그러나 비공개로 TSMC는 텔루륨 기술 특허를 사들이기 시작하고, Intel은 '다기능 트랜지스터를 위한 2D 재료'에 대한 자체 연구를 가속화할 것입니다. Intel이 D-NDT에 대한 대응으로 '삼중 음성 차등 전달 컨덕턴스를 가진 트랜지스터'에 대한 특허를 출원했다는 뉴스를 기대하세요.
3. '재료 경쟁'의 첫 징후. 미국 제재로 인해 고급 EUV 스캐너에 접근할 수 없는 중국은 ZnO-Te 기술을 실리콘 리소그래피 단계를 '건너뛰는' 방법으로 볼 것입니다. 중국 정부는 텔루륨과 산화아연에 초점을 맞춘 'AI용 포스트실리콘 트랜지스터'에 대한 새로운 연구 프로그램을 발표할 것입니다. 프로그램 예산은 5년 동안 2-3억 달러가 될 수 있습니다. 이는 POSTECH 작업에 대한 직접적인 대응이 될 것입니다.
4. 텔루륨 공급 문제. 전 세계 텔루륨 가격이 상승하기 시작할 것입니다. 현재 kg당 약 80-100달러입니다. 반도체 산업의 수요를 예상하여 트레이더들은 텔루륨을 사들이기 시작할 것이며, 가격은 9월 말까지 kg당 150-180달러로 상승할 수 있습니다. 이는 차례로 캐나다와 미국(구리 및 금 채굴의 부산물로 텔루륨 매장량이 존재하는 곳)의 생산자들의 관심을 끌 것이며, 그들은 생산을 확장하기 시작할 것입니다. 그러나 이는 느린 과정입니다.
여기까지 읽은 분들을 위한 요약: POSTECH의 D-NDT 트랜지스터는 무어의 법칙이 마침내 실리콘의 물리적 한계에 도달한 후 마이크로일렉트로닉스가 어디로 갈 수 있는지를 보여주는 훌륭한 과학적 작업입니다. 그러나 헤드라인에 속지 마십시오. 반도체에서 실험실 프로토타입에서 상업적 제품까지의 경로는 5-10년이 걸립니다. 그리고 그 경로에는 세 가지 장애물이 있습니다: 열 안정성, 특성 변동성, 텔루륨 가용성. 이 세 가지가 모두 극복된다면 — 우리는 패러다임 전환을 목격할 것입니다. 그렇지 않다면 — 이 작업은 인용되지만 구현되지 않는 아름다운 출판물로 남을 것입니다.
현재로서는 기술이 군용 및 의료용 전자제품(비용은 중요하지 않지만 크기와 전력 소비가 중요한 곳)에서 틈새 응용 분야를 찾을 확률을 70%, 스마트폰 및 AI 가속기의 대중 시장으로 확장될 확률을 30%로 봅니다. 그러나 그 30%조차도 삼성과 한국 정부가 진지한 돈을 투자할 충분한 이유입니다. 왜냐하면 그것이 작동한다면 모든 것을 바꾸기 때문입니다.
— Editorial Team
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