'초격차' 반도체 강국 한발 앞으로…핵심기술 개발 잇따라(종합)

차세대 고집적 반도체 기술 등 국제적 주목 받는 연구 결과 줄이어

삼성전자의 차세대 차량용 시스템반도체. 자료사진. 기사와 관련이 없음.

[아시아경제 김봉수 기자] 삼성전자와 대만 TSMC 간 고집적 반도체 기술 경쟁이 치열한 가운데, 국내에서 ‘초격차’ 반도체 강국 실현을 앞당길 수 있는 차세대 기술이 개발됐다.

2일 신현석 울산과학기술원(UNIST) 교수 연구팀은 ‘무어의 법칙’을 깰 수 있는 차세대 고집적 반도체 개발을 위한 핵심 기술을 고안해 유력 국제학술지 ‘네이처’에 게재했다. 무어의 법칙은 반도체 집적회로(IC칩)에 집적하는 트랜지스터(미세소자)의 밀도가 2년마다 2배로 증가한다는 의미로 인텔의 고든 무어가 정립했다.

연구팀은 세계 최초로 육방정계 질화붕소(hBN) 단결정을 여러 층으로 합성할 수 있는 기술을 개발해 이 같은 한계를 극복했다. 육방정계 질화붕소는 차세대 고집적 반도체에서 발생할 수 있는 전하 트랩, 전하 산란 같은 기능 저하를 막을 수 있는 유일한 2차원 절연체 소재로 알려져 있다. 그러나 반도체 소자에 쓸 수 있을 만큼 적절한 두께를 갖는 단결정 형태로 합성하는 기술 개발이 난제였다. 연구팀은 합성에 필요한 재료의 농도를 조절하는 새로운 합성 방식을 통해 세계 최초로 두께 조절이 가능한 육방정계 질화붕소 단결정을 합성했다.

신 교수는 "기존 고집적 반도체의 물리적 한계를 해결할 수 있는 소재 합성 기술을 개발했다"며 "육방정계 질화붕소를 반도체뿐만 아니라 수소연료전지 전해질막, 차세대 이차전지 전극소재, 양자 광원 등으로 쓸 수 있어 소재생산 원천기술 확보를 위한 적극적인 추가 연구가 필요하다"고 설명했다.

김윤석 성균관대 교수 연구팀도 최근 차세대 반도체 소재인 하프늄 옥사이드(HfO2)의 강유전성을 획기적으로 향상하는 방법을 세계 최초로 고안해냈다. 전석우·신종화 카이스트(KAIST) 교수 연구팀도 지난달 27일 차세대 반도체 공정 핵심기술인 3차원 노광 공정을 개발했다. 기존에 한 층씩 노광 작업이 이뤄지던 것을 한꺼번에 할 수 있어 이전에 비해 비용·시간을 훨씬 절약할 수 있는 신기술이다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr

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