플라스틱산업 사출 / 압출 / 금형 /원료

국내 연구진이 실리콘 소자에서 미래를 열어줄 세계 최소 선폭의 나노선 도핑기술을 세계 최초로 개발하는 데 성공하였다.

교육과학기술부(장관 김도연)와 한국과학재단(이사장 최석식)은 창의적연구진흥사업을 수행 중인 연세대학교 염한웅(廉罕雄, 42세) 교수 연구팀(원자선원자막연구단)이 현재의 초고직접 실리콘 반도체소자의 금속배선보다 선폭이 50분의 1에 불과한(1나노미터) 금속나노선을 실리콘 기판 위에 직접 대량으로 성장시키고 이를 소자에 응용 가능한 핵심기술인 불순물에 의한 도핑기술을 세계 최초로 개발하였다고 밝혔다.

동 연구성과는 지난 2월 말에 베를린에서 열린 독일물리학회 특별심포지엄의 초청강연에서 발표되었으며, 물리학분야 세계 최고 권위지인 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)지 3월 28일에 게재되었고 4월 9일자에도 연속으로 게재될 예정이다.

실리콘기판에 형성되는 1-2나노미터 크기의 금속선(또는 선폭이 원자 1-3개에 불과하여 원자선이라 명명되어짐)은 1999년 염한웅 교수 연구진과 스위스 바젤대학의 베어(Baer) 교수 연구진이 독립적으로 소개하여 최근 10여 년간 물리학계의 큰 시선을 끌었으나, 현재까지는 소자로서 응용 가능한 도핑기술이 확보되지 않았다.

염 교수는 실리콘기판 위에 형성된 1나노미터 폭의 금원자선에 실리콘원자를 농도 조절하여 첨가하는 방법을 발견하여 실제로 전자구조가 체계적으로 조절됨을 실험적으로 증명하는 데 성공하였다. 이로써 금속원자선계에서 체계적으로 조절 가능한 도핑이 가능하여 나노선으로는 선폭이 세계에서 가장 가는 나노선이라 불릴 수 있다.

염 교수는 이러한 기술이 실리콘 반도체소자의 직접도를 획기적으로 높일 것이라고 언급했다. 또한, 동 연구성과가 미래형 나노 소자에 중요한 기초원천기술로써 우리나라 반도체산업의 국제적 경쟁력을 유지하고 차세대 반도체소자개발 경쟁에서 유리한 위치를 선점하는 데 큰 도움이 될 수 있을 것이라고 설명했다.

염한웅 교수가 맡고 있는 원자선원자막연구단은 실리콘을 기판으로 하여 선폭을 원자 여러 개 정도까지(1-2나노미터) 줄인 나노선 및 원자선 연구하여 최근 5년간 물리학분야 세계최고 권위지인 피지컬 리뷰 레터스지에 10편의 논문을 연속적으로 발표하는 이례적인 연구업적을 이루었다. 이 중 초기연구가 국제적인 학술지에 200회 이상 인용되는 등 이 분야의 세계적인 권위자로 인정을 받고 있다.

1. 금속배선

모든 반도체 소자는 전류를 제어하는 스위치인 트랜지스터와 전류신호를 저장하는 축전기, 그리고 이들은 연결하여 전기신호를 주고 받는 금속배선으로 이루어진다.

2. 직접도

반도체 소자를 기판 단위면적당 얼마나 많은 개수 만들 수 있는 가를 뜻하며, 직접도를 높이면, 기억소자(DRAM과 같은)의 경우 기억용량과 처리속도가 빠르고, 생산단가가 낮아진다. 직접도를 높이기 위해서는 소자의 구성요소가 되는 트랜지스터, 축전기, 배선 등의 크기(배선의 경우는 선폭)를 다 같이 줄여주어야 하며, 이러한 “크기줄이기(scaling)"는 반도체 공정기술개발에서 핵심적인 부분에 해당한다. 현재의 최신 반도체 공정은 대체로 선폭 50-100 나노미터 정도를 사용하고 약 25 나노미터의 공정이 현재 개발진행 중에 있다. 25나노미터급 공정이 상용화된다면 기억소자의 경우 약 1,000G급(1 테라급)의 메모리가 된다.

3. 나노선

금속배선 또는 반도체결정을 선의 형태로 만들어 그 선폭을 100나노미터정도 또는 그 이하로 줄인 경우를 말한다. 최근의 연구에서는 이러한 금속 또는 반도체 나노선들을 직접 트랜지스터로 만들어서 이를 나노센서 또는 나노전자소자로서 이용하려는 연구가 광범위하게 진행되고 있고, 이러한 소자들을 나노선소자라 하여 나노소자의 가장 성공적인 형태로 평가되고 있다.

4. 원자선

나노선의 선폭을 극단적으로 줄이면 원자 1-2개의 선폭을 가지는 선을 생각할 수 있는데 이를 원자선이라 부른다. 실리콘기판 등을 이용하여 자기조립적인 방법으로 또는 원자를 하나하나 조작하는 방법 등으로 몇몇 종류의 원자선이 실제로 제작되어졌으며 이를 미래형 소자로 활용하려는 기초연구가 진행되고 있다. 나노선 소자의 궁극적인 형태이자 가장 미래적인 형태라 할 수 있다.

5. 도핑

반도체소자 즉 다이오드나 트랜지스터는 반도체에 불순물을 특정한 농도로 첨가하여 반도체의 전자구조를 조절하여 만들어진다. 이러한 불순물 첨가에 의한 전자구조 조절기술이란 반도체 물질을 소자화 하기 위한 가장 중요하고 기본적인 기술이라 할 수 있다.