반도체 줄이다 보니…"10억분의 1미터 '마의 벽' 깼다"

머니투데이

류준영 기자

그림1. 1 나노미터 이하 급 반도체 특성 제어 연구요약<br>(왼쪽) 본 연구에 사용된 실험장비인 광전자분광기의 개요도.<br>(가운데) 실리콘 기판위에 자기조립방식을 이용하여 반복적으로 배열시킨 서로 다른 특성을 가진 금속 원자선(1 나노미터 이하)의 개요도.<br>(오른쪽) 두 개의 서로 다른 금속 원자선에서 특정 금속 원자선만을 특성 제어하는 방법의 개요도.

9일 성균관대 안종렬 교수(교신저자)와 송인경 박사(제1저자)가 1나노미터(10억분의 1미터)보다 작은 반도체를 실리콘 기판에 대면적으로 제작할 수 있음을 실험으로 밝혀냈다.

1나노미터보다 작은 원자(옹스트롬, 100억분의 1미터) 단위에서도 실리콘 반도체를 기판 사이즈로 제작할 수 있음을 증명한 것이다. 이는 실리콘 반도체 기반 국내 산업이 지속적으로 발전하는 데 일조할 수 있을 것으로 기대된다.

실리콘 반도체 집적도는 지난해 10나노급 반도체가 생산되는 등 지속적으로 향상돼 왔다.

개발 단계에서는 실리콘 반도체가 머지않아 1나노급에 도달할 것으로 예상했지만, 1나노급에서 기존처럼 반도체를 제작하기 위해서는 넘어야 할 수많은 장애물이 있었다.

1옹스트롬 크기는 실리콘 원자 1개에 해당된다. 나노미터 크기에 적용되는 현상들이 원자 크기에서도 동일하게 적용될 수 있을지는 미지수였다.

연구팀은 실리콘 기판위에 대면적으로 서로 다른 특성을 지닌(전자 도핑 정도가 다른) 1나노미터 이하의 금속선을 반복적으로 배열하는 데 성공했다.

또 반복적으로 배열된 두 종류의 금속선 중에서 한 종류의 금속선만을 선택해 대면적으로 특성을 제어할 수 있음을 실험으로 밝혔다.

1나노미터 이하의 반도체 제작 핵심 기술은 1나노미터 이하 영역의 물질을 선택적으로 원하는 물성을 가진 물질로 변화시키는 것이다.

서로 다른 특성을 지닌 금속선을 사용한 이유는 선택적으로 원하는 영역을 1나노미터 이하 수준에서 변화시킬 수 있는 지를 확인하기 위해서이다. 즉, 실험 전과 후의 변화를 확인하는 데 용이하기 때문.

안종렬 교수/사진=성균관대

따라서 이 실험은 1나노미터 이하의 반도체도 제작할 수 있음을 방증한다고 할 수 있다.

특히, 이번 실험적 증명이 현재 양산되고 있는 반도체에 직접 사용되는 실리콘 기판위에서 수행됐다는 점에서 더 큰 의미가 있다.

안 교수는 "대면적 실리콘 반도체 제작이 1나노미터를 넘어 그 이하 단계인 원자 수준에서도 실현될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구성과는 나노분야의 권위지인 나노 레터스(Nano Letters) 1월 15일자에 게재됐다.