10 nm 채널 반도체 소자 제조 기술 개발
10 nm 채널 반도체 소자 제조 기술 개발
  • 함예솔
  • 승인 2021.03.26 09:47
  • 조회수 532
  • 댓글 0
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언젠가 우리나라만의 멋진 반도체가 만들어지기를. 출처: pixabay
반도체 기술. 출처: pixabay

손톱만한 반도체칩 안에는 최대 수십억 개의 미세소자(트랜지스터, 다이오드)가 들어있습니다. 이 미세소자는 여러 층의 재료 속에 그려진 패턴 형태로 존재합니다. 패턴 제조 위해서는 빔(빛)으로 모양을 그리는 공정이 필요한데 최근 국제 공동 연구진이 고가의 빔 공정이 필요 없는 초미세 패턴 제조 기술을 개발해 눈길을 끕니다. 

  • 트랜지스터

반도체 소자인 트랜지스터는 전극인 금속(도체), 절연체, 반도체 물질로 구성됩니다. 

원자층증착법으로 초미세 반도체 전극 패턴 제작 

 

UNIST 물리학과 남궁선 교수와 美 미네소타주립대 연구진은 물질을 여러 번 얇게 입히는 공정(원자층증착법)만으로 반도체 패턴 제조가 가능한 기술을 개발했습니다. 빔 기반 기술보다 간편하고 저렴하며, 원자층을 입히는 횟수로 채널 폭(전극 간 간격)을 나노미터 단위로 바꿀 수 있습니다. 또 이 방식은 실리콘 대신 2차원 반도체 물질을 쓴 신개념 반도체 소자 제작에도 매우 유리합니다.

 

연구팀은 이 기술을 이용해10nm(나노미터, 10-9m) 이하 채널을 갖는 초미세 '반도체 전극'과 2차원 반도체 소자(트랜지스터)를 제작했습니다. 금속(전극)-절연체-금속(전극) 순서로 기판위에 증착해 나노 갭(gap) 패턴을 만들고, 이를 기판에서 뜯어내 뒤집으면 절연층 두께만큼 전극 간 거리가 분리 된 전극 패턴이 완성됩니다. 전극 표면이 기판에서 바로 분리됐기 때문에 표면이 매우 매끈하다는 장점이 있습니다. 이 때문에 전극 위에 2차원 반도체 물질(이황화몰리브덴, 흑린 등)쌓아 소자(트랜지스터)를 만들기에 적합합니다. 

나노갭 구조(전극)의 제작과정 (왼쪽)과 2차원물질(이황화몰리브덴)을 융합하여 제작된 소자(트랜지터)의 모습(오른쪽). 출처: UNIST
나노갭 구조(전극)의 제작과정 (왼쪽)과 2차원물질(이황화몰리브덴)을 융합하여 제작된 소자(트랜지터)의 모습(오른쪽). 출처: UNIST

또 연구팀은 이를 트랜지스터 기반 광 검출기로도 응용했다. 초미세 트랜지스터 전극 사이의 강한 전기장이 빛에 의해 생성된 전하 입자들을 효과적으로 분리해 검출 성능을 향상시킬 수 있었습니다. 광 검출기는 빛을 전류(전하입자)의 형태로 검출하는 소자로 초고속 광통신 등에 필수적입니다. 

초미세 반도체 패턴구조(나노갭 구조)를 이용하여 만든 흑린(Black Phosphorus) 기반 트랜지스터 반도체 소자의 전기적 특성(왼쪽)과 나노갭 영역에서의 향상된 광검출 성능을 보여주는 결과(오른쪽). 출처: UNIST
초미세 반도체 패턴구조(나노갭 구조)를 이용하여 만든 흑린(Black Phosphorus) 기반 트랜지스터 반도체 소자의 전기적 특성(왼쪽)과 나노갭 영역에서의 향상된 광검출 성능을 보여주는 결과(오른쪽). 출처: UNIST

제1저자인 남궁 교수는 "기존의 반도체 공정 기술인 원자층증착법을 활용해 균일한 나노미터 단위의 전극 구조를 대량으로 생산할 수 있는 기술”이라며 “반도체 구조 소형화 및 초소형 광통신 모듈, 광학반도체칩 개발에 도움이 될 수 있을 것"이라고 기대했습니다. 이번 연구는 'ACS Nano'에 게재될 예정입니다. 



##참고자료##

 


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