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안종렬 교수, 0.25나노미터 초박막반도체 개발 성공

원자 한층 두께, 성능 향상 및 단가하락 효과 기대

윤병효 기자 (ybh4016@ebn.co.kr)

등록 : 2015-06-25 14:14

▲ 그래핀 및 질화붕소 소재의 단결정성을 확인한 실험결과. ⓒ한국연구재단

나노물질로 만들 수 있는 한계치인 0.25나노미터(10-9m) 두께의 초박막 반도체를 국내 연구진이 개발했다.

0.25나노미터는 일반적인 원자 한층 두께에 해당한다. 이번 연구로 초박막 반도체 소자 상용화의 시기를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

안종렬 성균관대 교수가 주도하고 신하철 박사과정생(제1저자)이 수행한 이번 연구는 교육부와 한국연구재단의 일반연구자 지원사업으로 수행됐다.

이번 연구는 화학분야 국제 최상위 학술지인 미국화학회지 미국화학계저널에 5월 14일 온라인자로 발표됐다.

반도체 소자를 아주 작게 만드는 것은 반도체의 성능을 향상시키고 가격을 낮추며, 제품을 경량화할 수 있는 핵심적인 요소다.

▲ 안종렬 교수.
▲ 신하철 제1저자.
현재 국내 반도체 회사에서는 10나노미터급 반도체 소자 연구가 이뤄지고 있지만 연구팀은 현실적으로 가능한 반도체의 최소 두께를 0.25나노미터로 예상하고 한계에 도전했다.

반도체 소자가 되려면 소재가 같은 방향의 결정을 가진 단결정 특성을 가져야 한다.

연구팀은 전도체인 그래핀에 절연체 특성을 가지고 있는 질화붕소를 2차원 합금 형태로 만들어 실리콘카바이드 기판에 0.25나노미터 단결정 반도체 소재를 성장시키는데 성공했다.

그래핀과 질화붕소의 2차원 합금은 두 물질이 동일한 크기의 벌집모양 구조를 가지고 있기 때문에 수평방향으로 형성된다. 한 물질의 결정 사이사이에 다른 물질의 결정이 수평으로 자리 잡아 한 층의 합금이 되는 원리로 단결정 특성을 만들 수 있다.

또한 연구팀은 0.25 나노미터급 초박막 반도체 소재를 이용해 전압을 증폭시키는 전계 효과 트랜지스터를 제작해 반도체 소자로 활용할 수 있음을 입증했다.

전계 효과 트랜지스터란 일반 트랜지스터와는 달리 전류가 아닌 전압을 증폭시키는 트랜지스터로, 현재 상용화된 실리콘 반도체 소자에 사용되고 있다.

안종렬 교수는 "이번 연구는 최소 두께인 0.25나노미터급 초박막 반도체 소자 상용화의 기틀을 마련한 것"이라며 "최근 연구팀에서 개발한 1나노미터 이하급 반도체 나노선 및 나노박막과 더불어 최소 단위 반도체 소자의 상용화를 보다 앞당길 것으로 기대한다"고 연구의의를 밝혔다.
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