실리콘을 대체하는 차세대 반도체 소재로 꼽히는 ‘단일벽탄소나노튜브(SWCNT)’의 순도를 99.9925%로 높여 상용화를 앞당길 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. ‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀보다 더 빠르게 상용화할 수 있는 기반이 될 것으로 전망됐다.
진성훈 인천대 전자과 공동연구팀은 마이크로 웨이브를 사용해 초고순도 탄소나노튜브를 정제해 상업화할 수 있는 대면적 정제기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
해당 연구팀은 지난해 ‘나노 크기 열모세관 유동(Nanoscale Thermocapillary Flow)’이라는 탄소나노튜브의 물리적 현상을 발견하고 새로운 정제기술을 개발했다. 지난 연구에서 한계로 지적된 공정 복잡성과 시간, 대면적화 문제를 1년여 만에 해결해 상용화에 속도를 낼 수 있게 됐다.
CNT는 실리콘보다 전자 이동도가 높고 반도체 회로 선폭을 더 미세하게 설계할 수 있다. SWCNT는 일반적으로 탄소나노튜브로 불리는 다중벽탄소나노튜브(MWCNT)보다 합성이 어려운 고급 합성소재다. 우수한 전기적 특성에도 불구하고 웨이퍼 상에 정렬된 순수한 반도체 특성을 가지면서 고밀도의 SWCNT만 얻기가 어려워 양산화의 걸림돌이 돼왔다. 때문에 최근 새로운 분야인 그래핀에 연구가 집중됐다.
진성훈 교수팀은 이번 연구로 SWCNT의 대면적 기반 정제기술에 새로운 돌파구를 찾았다고 설명했다. 무엇보다 새로운 반도체 생산설비를 많이 투자해야 하는 다른 소재와 달리 SWCNT는 기존 실리콘 공정 라인과 호환성이 높은게 강점이다.
한계를 극복한 결정적 방법은 전자레인지에 사용하는 마이크로웨이브 전자기파를 이용한 것이다. 상대적으로 기판 크기 제한이 적고 한 번에 고르게 조사할 수 있어 공정시간을 줄이면서도 대면적화할 수 있다.
지난해 개발한 방법은 최소 4~5장의 마스크가 필요하지만 이번에는 1~2장으로 크게 줄었다. 후속 공정이 단순화돼 자연스럽게 불순물 발생 가능성도 낮아진다.
배옥진기자 withok@etnews.com
