지난 8월 8일부터 9일까지 강릉에서 개최된 2024년도 대한전자공학회 전자·반도체·인공지능 학술대회(CESA)에서 전자전기공학과 3학년 임예지양(나노전자소자 및 집적기술 연구실. 지도교수: 조성재)이 “Enhancement of Current Drivability of Dynamic-Threshold Field-Effect Transistor for Low-Power High-Performance Circuit Application”이라는 주제로 학회 최우수논문상을 수상하였다.

집적회로를 구성하는 트랜지스터는 세계반도체기술로드맵에 따라 저전력(LP: low power)과 고성능(HP: high performance) 동작을 목표로 개발되지만, 이 둘은 서로 상충되는 측면이 있어, 동시에 달성하는 것은 매우 어렵다. 1994년 U.C. Berkeley의 Chenming Hu 그룹이 처음 발표한 ‘동적 문턱전압 MOSFET(DTMOS)’는 문턱전압 이하 전류 스윙(subthreshold swing)이 고정된 값을 가지지 않고, 게이트 전압이 증가함에 따라 동적으로 감소하여 트랜지스터의 턴온을 앞당길 수 있어, LP 응용에 유리한 특성을 갖는다. 그러나 DTMOS는 구조적인 한계로 인해 드레인 전류가 바디 전류로 지속적으로 누설되어, 완전한 턴온 조건에서 전류가 감소하는 문제가 발생해 HP 응용에는 적합하지 않다는 평가를 받아왔다.

임예지양은 본 연구에서 리미팅 트랜지스터를 추가하고, 그 구동 전압을 최적화함으로써 스윙 특성을 개선하면서도 누설 전류를 효과적으로 억제할 수 있는 기술을 제안했다. 더불어, DTMOS 기반으로 개선된 인버터 특성을 확인하여, DTMOS 셀의 디지털 집적회로 적용 가능성을 입증하였다. 이를 통해 본 연구는 DTMOS 기술이 현재 개발 중인 다양한 새로운 구조의 트랜지스터들과 함께 지속적으로 집적회로에 활용될 수 있는 가능성을 제시했다는 큰 의미를 인정받았다.