초미세 반도체 제작에 대량 생산까지 가능하다

UNIST·美미네소타주립대, 초미세 반도체 전극 제작 기술
실리콘 반도체칩 대체 가능 초소형 반도체칩 기술에 응용

남궁선 교수. UNIST 제공
손톱만한 반도체칩 안에 있는 수십억 개의 미세소자 패턴을 제조하기 위해서는 빔(빛) 공정이 필요하다.

최근 국제 공동 연구진이 고가의 빔 공정이 필요 없는 초미세 패턴 제조 기술을 개발해 관심을 모으고 있다.

UNIST(울산과학기술원)는 물리학과 남궁선 교수와 美 미네소타주립대 연구진이 물질을 여러 번 얇게 입히는 공정만으로 반도체 패턴 제조가 가능한 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

기존 반도체 공정 기술인 원자층증착법을 활용한 것.


이는 빔 기반 기술보다 간편하고 저렴하다. 원자층을 입히는 횟수로 채널 폭(전극 간 간격)을 나노미터 단위로 바꿀 수 있다.

또 실리콘 대신 2차원 반도체 물질을 쓴 신개념 반도체 소자 제작에도 유리하다.

연구팀은 이 기술을 이용해 10nm(나노미터, 10-9m) 이하 채널을 갖는 초미세 반도체 전극과 2차원 반도체 소자를 제작했다.

초미세 반도체 전극구조 제작 과정과 2차원 소자 제작. UNIST 제공
금속(전극)-절연체-금속(전극) 순서로 기판위에 증착해 나노 갭(gap) 패턴을 만든다.

이를 기판에서 뜯어내 뒤집으면 절연층 두께만큼 전극 간 거리가 분리 된 전극 패턴이 완성된다.

전극 표면이 기판에서 바로 분리됐기 때문에 표면이 매우 매끈하다. 이러한 장점 때문에 전극 위에 2차원 반도체 물질을 쌓아 소자(트랜지스터)를 만들기에 적합하다.

이번 기술은 트랜지스터 기반 광 검출기로도 응용이 가능하다.

초미세 트랜지스터 전극 사이의 강한 전기장이 빛에 의해 생성된 전하 입자들을 효과적으로 분리해 검출 성능을 높일 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

광 검출기는 빛을 전류(전하입자)의 형태로 검출하는 소자로 초고속 광통신에 필수다.

제1저자인 남궁 교수는 "기존의 반도체 공정 기술을 활용하면서도 균일한 나노미터 단위의 전극 구조를 대량으로 생산할 수 있다"고 말했다.

그러면서 "반도체 구조 소형화와 초소형 광통신 모듈, 광학반도체칩 개발에 도움이 될 수 있을 것"이라고 기대했다.

이번 연구는 나노·재료 분야의 권위 학술지인 에이씨에스 나노 (ACS Nano)에 지난 2월 24일자로 온라인 공개됐다.

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