우리 연구진이 고집적 차세대 반도체 상용화 발판을 마련했다. 성능 저하를 유발하는 잔여물 없이 차세대 반도체 소자를 제작할 수 있는 새로운 공정을 개발했다.
기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 이영희 나노구조물리 연구단장(성균관대 HCR 석좌교수)팀이 윤미나 미국 오크리지국립연구소 그룹리더 연구팀과 공동 연구로 이같은 성과를 거뒀다고 5일 밝혔다.
차세대 반도체를 구현하려면 우수한 성능을 가진 전계효과트랜지스터(FET) 소자 개발이 필수다.
실리콘을 대체할 이상적인 FET 소재로는 우수한 물리·전기 특성은 물론, 반도체 특성까지 지닌 전이금속디칼코게나이드(TMD)가 각광받는다. 다만 공정 과정에서 사용되는 잔류물이 소자에 남아 성능을 저해한다는 문제가 상용화 걸림돌이었다.
이차원 반도체 소자 공정에는 반도체 물질 전사를 위해 절연체인 폴리메타크릴산메틸(PMMA)를 지지체로 사용해 왔는데, 이 PMMA 잔류물질이 소자 성능을 저하시킨다.
연구진은 PMMA 대신 폴리프로필렌 카보네이트(PPC) 지지체를 사용해 문제를 해결할 수 있음을 규명했다.
이황화몰리브덴(MoS2) 기반 이차원 반도체 물질을 합성하고, PPC를 지지체로 사용해 반도체 물질을 전사한 결과, PPC가 0.08% 미만으로 극소량만 남아 성능 저하가 거의 없었다. PPC와 이황화몰리브덴 사이의 흡착에너지가 작기 때문이다.
연구진은 또 기존 공정의 또 다른 문제였던 단일층 반도체 소자 쭈그러짐 문제도 해결했다.
연구진이 제작한 소자는 지금까지 개발된 어떤 소자보다 뛰어난 성능을 보이는 것으로 나타났다.
이영희 단장은 “우리가 제안한 공정은 대면적 TMD 소재를 고성능 전자기기 소자로 응용하기 위한 이상적인 플랫폼”이라며 “PPC 지지체를 이용한 이차원 반도체 소재 전사 기술을 향후 다양한 이차원 소자 집적에 폭넓게 활용될 것으로 전망된다”고 말했다.
연구 결과는 9월 5일(한국시간) 저명 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지'에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
