실리콘 게르마늄, 반도체의 슈퍼카로 급부상

[산업일보]
현재의 실리콘 반도체보다 획기적으로 빠른 속도를 갖는 차세대 반도체 개발 경쟁이 격화되고 있다. 이러한 차세대 반도체의 핵심 재료로 실리콘 게르마늄(SiGe)이 속도 경쟁의 선봉장으로 떠오르고 있다고 26일 특허청은 밝혔다.

현재, 반도체 분야는 초미세화, 고용량화, 고성능화가 기술 개발의 추세이며 개인용 컴퓨터에서 사용되는 중앙처리장치(Central Processing Unit, CPU) 등의 반도체 칩은 실리콘을 이용해 제조하고 있다. 현존하는 CPU의 최고 속도는 3.8GHz이고 실리콘 공정 기술의 한계로 인해 100GHz 이상의 속도를 구현할 수 없을 것으로 반도체 업계는 예상하고 있다.

그러나 최근 미국의 IBM과 조지아공대의 연구진들은 실리콘과 게르마늄의 화합물인 SiGe 반도체로 실온에서 현존 최고 CPU의 100배에 달하는 350GHz 속도의 칩을 구현하는데 성공했다. 이어 학계에서도 이론적으로는 1000GHz 이상을 실현할 수 있을 것이라는 새로운 예측이 나오고 있다. 즉, 실리콘을 자전거의 속도에 비유한다면 SiGe은 슈퍼카(Super Car) 쯤이 되는 것이다.

또한, SiGe은 고속이면서도 전력 소모와 잡음이 극히 적어 이동 통신, 위치정보시스템(global positioning system, GPS), 무선 랜(LAN) 등이 요구하는 초고속 반도체에 적용되고 있다. 미래에는 초고속 나노집적회로, 고속-저전력 CPU, 반도체 메모리 소자 등으로 그 응용 범위가 더욱 넓어질 것으로 보인다. 무엇보다 기존의 실리콘 반도체 생산 공정을 SiGe에 그대로 적용할 수 있어서 대양생산에 따른 추가 설비투자가 거의 없다는 것이 장점이다.

이에 따라 빠르게 성장하는 SiGe 시장에서 영향력을 확대하고 새로운 시장을 선점하기 위해 한국을 비롯한 미국, 일본, 유럽 등의 기업체, 연구소의 관련 특허출원이 급증하고 있다.

특허청에 따르면 올해 9월까지 공개된 특허 중 SiGe 관련 특허의 국내출원은 ’99년에 24건에 불과했으나 ’00년부터 큰 폭으로 증가해 ’04년에는 159건이 출원된 것으로 나타났다.

삼성, 하이닉스, 전자통신연구원등이 주축이 돼 전체 국내 특허출원의 50% 정도를 차지하고 있으며, 미국과 일본의 출원이 각각 25%, 20%로 비슷한 비중을 차지한다. 이러한 현상은 반도체 산업이 성숙기에 접어들어 신기술 개발이 점차 줄어들고 있음에도 차세대 반도체 재료의 핵심이 되는 SiGe 반도체 분야에서 국내 기술이 선진국보다 우위에 있음을 보여주는 결과라고 특허청은 평가했다.

[SiGe 관련 분야 연도별 특허출원 동향]


미디어다아라 전은경 기자(miin486@daara.co.kr)