빔 공정 필요 없는 초미세 반도체 전극 패턴 제조 기술 개발

UNIST-미네소타주립대 연구…"반도체 구조 소형화 등에 도움"

울산과학기술원(UNIST)은 물리학과 남궁선 교수가 미국 미네소타주립대와 함께 고가의 빔 공정이 필요 없는 초미세 반도체 전극 패턴 제조 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

UNIST에 따르면 손톱만 한 반도체 칩 안에는 최대 수십억 개의 미세 소자(트랜지스터, 다이오드)가 여러 층의 재료 속에 그려진 패턴 형태로 존재하는데, 패턴 제조를 위해서는 빔(빛)으로 모양을 그리는 공정이 필요하다.

연구팀은 물질을 여러 번 얇게 입히는 공정(원자층증착법)만으로 반도체 패턴 제조가 가능한 기술을 개발했다.

이 방식은 기존 빔 기반 기술보다 간편하고 저렴하며, 원자층을 입히는 횟수로 채널 폭(전극 간 간격)을 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 단위로 바꿀 수 있다.

또 실리콘 대신 2차원 반도체 물질을 쓴 신개념 반도체 소자 제작에도 유리한 것으로 나타났다.

연구팀은 이 기술을 이용해 10㎚ 이하 채널을 갖는 초미세 반도체 전극과 2차원 반도체 소자를 제작했다.

금속(전극)-절연체-금속 순서로 기판 위에 증착해 나노 갭(gap) 패턴을 만들고, 이를 기판에서 뜯어내 뒤집으면 절연층 두께만큼 전극 간 거리가 분리된 패턴이 완성된다.

전극 표면이 기판에서 바로 분리됐기 때문에 매우 매끈하다는 장점이 있고, 이 때문에 전극 위에 2차원 반도체 물질(이황화몰리브덴, 흑린)을 쌓아 소자를 만들기 적합하다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 기술을 트랜지스터 기반 광 검출기로도 응용했는데, 초미세 트랜지스터 전극 사이의 강한 전기장이 빛에 의해 생성된 전하 입자들을 효과적으로 분리해 검출 성능을 향상했다.

광 검출기는 빛을 전류의 형태로 검출하는 소자로, 초고속 광통신 등에 필수적이다.

남궁선 교수는 "균일한 나노미터 단위의 전극 구조를 대량으로 생산할 수 있다"며 "반도체 구조 소형화와 초소형 광통신 모듈, 광학 반도체 칩 개발 등에 도움이 될 수 있을 것"이라고 말했다.

연구는 나노·재료 분야 국제 학술지인 '에이시에스 나노'(ACS Nano)에 2월 24일 자로 온라인 공개돼 정식 출판을 앞두고 있다.

연구 수행은 한국연구재단 이공분야 기초연구사업과 UNIST 신임 교원 정착 과제를 통해 이뤄졌다.

/연합뉴스