UNIST-美미네소타大, 원자층 증착법으로
초미세 반도체 전극 패턴 제작에 성공
고가의 빔 공정 필요 없어 제작 용이


반도체 칩 안에는 최대 수십억 개의 트랜지스터와 다이오드가 들어있다. 이러한 미세소자는 여러 층의 재료 속에 그려진 패턴 형태로 존재한다. 하지만 패턴 제조를 위해서는 빔으로 형태를 그리는 고가의 공정이 필요하다.

이에 울산과학기술원(UNIST) 물리학과 남궁선 교수 연구팀은 24일, 미국 미네소타주립대 연구팀과 함께 물질을 여러 번 얇게 입히는 공정인 원자층 증착법만으로 반도체 패턴을 제조하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 나노·재료 분야 학술지 ‘ACS 나노’에 2월 24일 자로 온라인 공개돼 정식출판을 앞두고 있다.

원자층 증착법은 빔 기반 기술보다 간편하고 저렴하며, 원자층을 입히는 횟수로 전극 간 간격인 채널 폭을 나노미터 단위로 바꿀 수 있다. 또한, 실리콘 대신 2차원 반도체 물질을 쓴 신개념 반도체 소자 제작에도 유리하다.

공동연구팀은 개발한 기술로 10나노미터 이하 채널의 초미세 ‘반도체 전극’과 2차원 트랜지스터를 제작했다. 전극-절연체-전극 순서로 기판 위에 증착해 나노 갭(gap) 패턴을 만들고, 이를 기판에서 뜯어내 뒤집으면 절연층 두께만큼 전극 간 거리가 분리된 전극 패턴이 완성된다. 전극 표면이 기판에서 바로 분리돼 표면이 매끈하여, 전극 위에 2차원 반도체 물질을 쌓아 소자를 만들기에 적합하다.

공동연구팀은 이를 트랜지스터 기반 광 검출기로도 응용했다. 초미세 트랜지스터 전극 사이의 강한 전기장이 빛에 의해 생성된 전하 입자들을 효과적으로 분리해 검출 성능을 높일 수 있었다. 광 검출기는 빛을 전류의 형태로 검출하는 소자다.

남궁선 교수는 이번 기술에 대해 “기존 반도체 공정 기술인 원자층 증착법으로 균일한 나노미터 단위의 전극 구조를 대량으로 생산하는 기술”이라며 “반도체 구조 소형화, 초소형 광통신 모듈, 광 반도체 칩 개발에 유용할 것”이라 말했다.