< 신소재공학과 강기범 교수 >
물질 증착
,
패터닝
,
식각 등 복잡한 과정들이 필요했던 기존 반도체 공정과는 달리
,
원하는 영역에서만 선택적으로 물질을 바로 증착하는 기술은 공정을 획기적으로 줄일 수 있는 차세대 기술로 크게 주목받고 있다
.
특히
,
현재의
실리콘을 대체할 차세대 이차원 반도체에서 이런 선택적 증착 기술 개발이 핵심 요소기술로 중요성이 더욱 커지고 있다
.
우리 대학 신소재공학과 강기범 교수 연구팀과 고려대학교 김용주 교수 연구팀이 이차원 반도체의 수평 성장 성질을 이용해 쉽고 간편한 산화물
,
금속 등의
10
나노미터 이하 미세 패터닝 기술을 공동 개발했다고
28
일 밝혔다
.
강 교수 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
나노미터 이하 수준의 이차원 반도체 선형 패턴을 제작할 수 있다
.
이러한 선형 패턴에 다양한 물질
(
산화물
,
금속
,
상변화 물질
)
을 성장할 때 한 영역 위에서만 선택적으로 증착되는 현상을 최초로 발견했다
.
해당 기술을 통해 타깃 물질 패턴 크기의 축소와 이차원 반도체의 소자 제작 공정 효율성 증대 등을 기대할 수 있다
.
일반적으로 선형 패턴의 크기는 이차원 물질 합성에 사용되는 기체 상태의 분자들의 유입 시간으로 결정된다
.
해당 연구에서는 약
1
초당
1
나노미터의 패턴 크기를 형성할 수 있기에 기존 광 기반 패터닝 기술에 비해 효과적으로 크기를 줄일 수 있다
.
연구팀이 개발한 선택 증착 기술은 선폭
10
나노미터 수준의 좁은 패턴에서도 원하는 물질이 한 영역 위에서만 선택적으로 증착됐으며
,
기존 기술과는 달리 두께
20
나노미터 이상에서도 선택적 증착이 가능했다
.
< 그림 1. 이차원 반도체 기반 선택 증착 기술의 모식도 이미지 >
연구팀이 개발한 기술은 다양한 물질들에서 적용할 수 있다
.
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
.
< 그림 2. 제시된 기술의 선폭 제어 및 선택적 증착을 입증하는 이미지 >
연구팀의 기술은 차세대 물질인 이차원 반도체 기반에서 적용되기에 이차원 반도체에 효과적으로 게이트 절연체 및 전극의 형성을 도울 것으로 기대된다
.
이는 향후 이차원 반도체가 실리콘을 대체할 때 핵심적인 요소기술로 작용할 것이며
,
한국에서 가장 중요한 연구 분야인 반도체 시장에서 활발히 응용될 수 있다
.
제
1
저자인 박정원 연구원은
"
새로운 원리의 선택 증착 기술이자 다양한 물질을
10
나노미터 이하의 선폭으로 패터닝할 수 있는 차세대 기술을 개발했다
ˮ
라며
"
특히 템플릿으로 사용되는 이차원 반도체에 선택 증착을 통해 게이트 산화물과 전극 등으로 직접 이용하면 이 기술의 기대 효과는 더욱 커진다
ˮ
라고 말했다
.
< 그림 3. 다양한 물질들의 선택 증착을 보여주는 이미지 >
신소재공학과 박정원 석박사통합과정이 제
1
저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지
`
네이처 커뮤니케이션즈
(Nature Communications)' 3
월
15
권에
3
월
8
일 자 출판됐다
. (
논문명
:
Area-selective atomic layer deposition on 2D monolayer lateral superlattices
).
한편 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다
.
https://news.kaist.ac.kr/news/html/news/?mode=V&mng_no=35950
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