나노미터 넘어 옹스트롬 단위 초 극미세 반도체 소자 구현

IBS·UNIST·포스텍, 차세대 소재 흑린 이용해 실험적으로 제시

국내 연구진이 나노미터 단위를 넘어 옹스트롬 수준의 초 극미세 반도체 소자를 구현해 냈다.

기초과학연구원(IBS)은 다차원 탄소재료 연구단 이종훈 그룹리더와 울산과학기술원(UNIST)·포항공대(포스텍) 공동 연구팀이 차세대 소재 흑린을 이용해 선폭 4.3Å(옹스트롬·100억분의 1ｍ)의 전도성 채널을 만들 수 있음을 실험적으로 제시했다고 30일 밝혔다.

반도체는 회로의 선폭을 가늘게 만들수록 더 많은 소자를 집적할 수 있어 성능을 높이는 데 유리하다.

산업계에서는 선폭 5㎚(나노미터·10억분의 1ｍ) 정도의 '5나노 반도체'가 최근 상용화에 들어갔다.

2차원 흑린은 두께가 원자 한 층 정도여서 유연하고 투명한 데다 반도체 신소재인 그래핀과 달리 전기를 통하게 했다가 통하지 않게 하는 등 제어도 쉬워 그래핀을 대체할 차세대 반도체 소자로 떠오르고 있다.

하지만 흑린과 같은 2차원 물질을 실제 소자화하는 공정에서 발생하는 결함 때문에 활용이 어려웠다.

연구팀은 다층의 2차원 흑린 각 층에 구리 원자를 삽입한 뒤 구리 원자가 0.43㎚, 즉 4.3Å 수준의 미세한 폭을 유지하며 채널을 만들도록 하는 데 성공했다.

이를 원자분해능 투과전자현미경(TEM)을 이용해 규명했다.

이렇게 형성된 전도성 채널을 반도체 소자의 전극으로 사용, 반도체의 기본 소자 구조를 1㎚ 수준으로 구현할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

이석우 IBS 연구원(제1저자)은 "현재 반도체 제조 공정에서 사용되는 방식을 활용해 응용 효과가 클 것"이라며 "흑린을 이용해 나노미터 한계를 뛰어넘는 초 극미세 소자로서의 활용 가능성을 확인했다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '나노 레터스'(Nano Letters) 전날 자 표지 논문으로 실렸다.

/연합뉴스