150℃에서도 손상 없이 적층 … 인공지능·저전력 반도체 상용화 기대
인공지능(AI) 반도체와 스마트기기용 반도체를 더 작고 성능 좋게 만들 수 있는 새로운 제조기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 기존에는 높은 열 때문에 반도체를 여러 겹 쌓는 과정에서 아래층이 손상됐지만, 연구진은 150℃의 낮은 온도에서도 고품질 반도체를 쌓는 데 성공했다.
KAIST는 생명화학공학과 서준기 교수 연구팀이 한양대, 미국 라이스대 연구진과 공동으로 차세대 반도체 제조기술을 개발했다고 31일 밝혔다.
최신 반도체는 서로 다른 기능을 가진 여러 소재를 한 칩 위에 층층이 쌓아 성능을 높인다. 하지만 지금까지는 반도체를 만드는 과정에서 수백 도의 높은 온도가 필요해 먼저 쌓아 놓은 소재가 손상되는 문제가 있었다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 원자 단위로 아주 얇은 막을 쌓는 원자층증착법(ALD)을 개선했다. 그 결과 기존보다 훨씬 낮은 150℃에서도 새로운 반도체를 아래층의 결정 구조에 맞춰 가지런히 성장시키는 데 성공했다. 이렇게 하면 전기가 더 잘 흐르고 반도체 성능도 높일 수 있다.
새 기술은 종이처럼 얇은 원자층을 여러 장 겹친 차세대 반도체 소재인 반데르발스 소재에 적용됐다. 연구팀은 이 기술이 여러 종류의 차세대 반도체 소재에서도 같은 효과를 낼 수 있다는 점도 확인했다.
또 연구진은 이 기술을 이용해 실제 트랜지스터와 광전자소자까지 제작했다. 연구실 수준을 넘어 실제 반도체 생산에도 활용할 가능성을 확인한 것이다.
서준기 교수는 “낮은 온도에서도 고품질 반도체를 손상 없이 쌓을 수 있다는 것을 처음 입증한 연구”라며 “앞으로 인공지능 반도체와 저전력 반도체, 차세대 광전자소자 개발에 활용될 핵심 제조기술이 될 것으로 기대한다”고 말했다.
연구 결과는 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances) 7월 24일자에 실렸다.
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