차세대 이차원 반도체 핵심 기술 개발​

https://etoland.co.kr/link.php?n=9127040 복사

< 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