KAIST-고려대 연구팀, 차세대 이차원 반도체 핵심기술 개발

연구 모식도.(KAIST 제공)/뉴스1
연구 모식도.(KAIST 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 차세대 이차원 반도체 핵심 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 강기범 교수 연구팀이 고려대 김용주 교수 연구팀과 이차원 반도체의 수평 성장 성질을 이용해 쉽고 간편한 산화물, 금속 등의 10나노미터(㎚, 1㎚=10억분의 1m) 이하 미세 패터닝 기술을 공동 개발했다고 28일 밝혔다.

연구팀은 차세대 반도체 물질로 주목받는 이차원 전이금속 ‘칼코겐’ 물질의 독특한 결정학적 특징을 패터닝 기술에 접목했다.

일반적인 물질과는 달리 이차원 물질은 성장 시 수평 방향으로만 자랄 수 있기에 서로 다른 이차원 물질을 반복적으로 성장해 10㎚ 이하 수준의 이차원 반도체 선형 패턴을 제작할 수 있다.

이러한 선형 패턴에 다양한 물질(산화물, 금속, 상변화 물질)이 성장할 때 한 영역 위에서만 선택적으로 증착되는 현상을 최초로 발견했다.

이 기술은 통해 타깃 물질 패턴 크기의 축소와 이차원 반도체의 소자 제작 공정 효율성 증대 등을 기대할 수 있다.

또 기술을 다양한 물질들에서 적용할 수 있다.

연구팀은 반도체 산업에서 소자 제작에 필수적으로 활용되는 고유전율 절연체(산화 알루미늄, 산화 하프늄)와 전극 금속(루테늄) 등의 선택적 증착을 확인했다.

이러한 뛰어난 물질 확장성은 연구팀이 제시한 새로운 선택 증착 메커니즘에 의해 가능한 것으로 알려졌으며, 추후 더 넓은 응용 기술 개발에 활용할 것으로 기대된다.

연구진의 기술은 차세대 물질인 이차원 반도체 기반에서 적용되기에 이차원 반도체에 효과적으로 게이트 절연체 및 전극의 형성을 도울 것으로 전망된다.

이는 향후 이차원 반도체가 실리콘을 대체할 때 핵심적인 요소기술로 작용할 것이며, 한국에서 가장 중요한 연구 분야인 반도체 시장에서 활발히 응용될 수 있다.

박정원 KAIST 연구원(제1 저자)은 "새로운 원리의 선택 증착 기술이자 다양한 물질을 10㎚ 이하의 선폭으로 패터닝 할 수 있는 차세대 기술을 개발했다"며 "특히 템플릿으로 사용되는 이차원 반도체에 선택 증착을 통해 게이트 산화물과 전극 등으로 직접 이용하면 이 기술의 기대 효과는 더욱 커진다ˮ고 말했다.

한국연구재단의 지원을 받아 수행된 이번 연구의 성과는 국제 학술지 `네이처 커뮤니케이션스'에 지난 8일 게재됐다.

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