삼성미래기술육성사업이 지원하는 국내 대학 연구팀의 차세대 반도체 소재 연구가 국제학술지인 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다고 25일 밝혔다.
포스텍 신소재공학과 손준우 교수, 최시영 교수 연구팀은 반도체에서 발생하는 발열 문제 해결에 적용할 수 있는 차세대 소재 기술을 개발했다.
연구팀은 2017년 7월 삼성미래기술육성사업 연구과제로 선정돼 3년간 지원을 받았다.
반도체는 집적도가 커질수록 소비하는 전력은 줄어들고 동작 속도는 빨라지나 반도체 소자가 동작하면서 발생하는 열에 의한 오작동 등 새로운 문제가 발생할 가능성이 커진다. 문제를 해결하기 위해서는 트랜지스터의 구동 전압을 낮추고 기존에 사용되던 실로콘을 대체할 신규 소재를 개발하거나 실리콘과 신규 소재를 접합해야 한다.
특정 전압에 다다르면 물질의 상(相∙Phase)이 절연체에서 금속으로 빠르게 바뀌는 상전이(相轉移) 산화 반도체는 대표적인 신소재로 주목 받고 있다
연구팀은 상전이 산화물 반도체의 일종인 단결정 산화바나듐이 기존 실리콘 대비 전류를 흘릴 때 필요한 전압이 낮아 발열이 덜 되는 성질에 주목해 단결정 산화바나듐(금속 바나듐과 산소가 결합해 만들어진 화합물)을 실리콘 웨이퍼 위에 적층할 수 있는 기술을 개발했다.
단결정 산화바나듐은 실리콘과 결정 구조가 달라 웨이퍼에 직접 적층 성장할 경우 전기적인 결함이 발생할 수 있다. 이에 연구팀은 실리콘 웨이퍼 위에 결정 구조가 같은 산화티타늄을 우선 적층한 후 산화바나듐을 단결정 상태로 성장시키는데 성공했다.
또한 이번에 개발한 소재를 실제 반도체 소자 제작에 활용하기 위해 산화물 반도체와 전극 사이의 저항 감소, 소자 크기에 따른 전기적 특성 제어 등 관련 기술에 대해 연구하고 있다.
손준우 교수는 "이번 연구를 통해 차세대 소재로 주목받고 있는 단결정 상전이 산화물의 우수한 특성을 기존 실리콘 반도체 소재에 적용할 수 있게 됐다"며 "초저전력 초고밀도 메모리 등 기존 한계를 극복할 수 있는 차세대 반도체 소자 개발을 위해 노력하겠다"고 말했다.
한편 삼성미래기술육성사업은 삼성전자가 2013년부터 1조5000억원을 출연해 시행하고 있는 연구 지원 공익사업이다.
매년 상·하반가에 각각 기초과학, 소재, 정보통신(ICT) 분야에서 과제를 선정하고 1년에 한 번 실시하는 '지정테마 과제 공모'를 통해 국가적으로 필요한 미래 기술분야를 지정, 해당 연구를 지원하고 있다. 지금까지 682개 과제에 8865억원을 지원, 국제학술지에 총 2130건의 논문이 게재됐다.
[데일리e뉴스= 오현주 기자]
