원자 한층 두께 반도체 개발…한계치에 도전하다

국내 연구팀, 관련 연구 논문 발표

▲그래핀·질화붕소 소재의 단결정성을 확인한 실험결과.[사진제공=한국연구재단]

[아시아경제 정종오 기자] 원자 한 층 두께의 반도체가 개발됐다. 국내 연구팀이 나노물질로 만들 수 있는 한계치인 0.25 나노미터(10의-9승 m ) 두께의 초박막 반도체 개발에 성공했다. 0.25 나노미터는 원자 한 층 두께에 해당한다. 이번 연구로 초박막 반도체 소자 상용화 시기를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

반도체 소자를 아주 작게 만드는 것은 반도체의 성능을 향상시키고 가격을 낮추며 제품의 무게를 줄일 수 있는 핵심 요소이다. 현재 국내 반도체 회사에서는 10 나노미터급 반도체 소자 연구가 이뤄지고 있는데 연구팀은 현실적으로 가능한 반도체 최소 두께를 0.25 나노미터로 예상하고 한계에 도전했다.

반도체 소자가 되려면 소재가 같은 방향의 결정을 가진 단결정 특성을 가져야 한다. 연구팀은 전도체인 그래핀에 절연체 특성을 가지고 있는 질화붕소를 2차원 합금 형태로 만들어 실리콘카바이드 기판에 0.25 나노미터 단결정 반도체 소재를 성장시키는데 성공했다.

그래핀과 질화붕소의 2차원 합금은 두 물질이 동일한 크기의 벌집모양 구조를 가지고 있기 때문에 수평방향으로 형성된다. 한 물질의 결정 사이사이에 다른 물질의 결정이 수평으로 자리 잡아 한 층의 합금이 되는 원리로 단결정 특성을 만들 수 있었다.

연구팀은 성장된 0.25 나노미터급 초박막 반도체 소재를 이용해 전압을 증폭시키는 전계 효과 트랜지스터를 제작해 반도체 소자로 활용될 수 있음을 입증했다.

이번 연구는 성균관대학교 안종렬 교수(교신저자)가 주도하고 신하철 박사과정생(제1저자)이 수행했다. 연구 결과는 화학분야 학술지인 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society) 5월 14일 온라인 판(논문명 : Epitaxial Growth of a Single-Crystal Hybridized Boron Nitride and Graphene layer on a Wide-Band Gap Semiconductor)에 발표됐다.

안종렬 교수는 "이번 연구는 최소 두께인 0.25 나노미터급 초박막 반도체 소자 상용화의 기틀을 마련한 데 의미가 있다"며 "최근 연구팀에서 개발한 1 나노미터 이하급 반도체 나노선·나노박막과 더불어 최소 단위 반도체 소자의 상용화를 보다 앞당길 것으로 기대된다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr