10억분의1m보다 작은 크기 반도체 제작된다

국내 연구팀 가능성 증명

▲국내 연구팀이 1나노미터보다 작은 반도체를 실리콘 기판에 대면적으로 제작할 수 있음을 실험으로 밝혀냈다.[사진제공=한국연구재단]

[아시아경제 정종오 기자] 국내 연구팀이 1나노미터(10억분의1 미터)보다 작은 반도체를 실리콘 기판에 대면적으로 제작할 수 있음을 실험으로 밝혀냈다. 이번 연구로 1나노미터보다 작은 원자(옹스트롬) 단위에서도 실리콘 반도체를 기판 사이즈로 제작할 수 있음이 증명됐다.

옹스트롬은 100억분의 1미터에 해당하는 크기로 실리콘 원자 한 개의 사이즈에 해당된다.

실리콘 반도체의 집적도는 지난해 10나노급 반도체가 생산되는 등 지속적으로 향상돼 왔다. 개발단계에서는 실리콘 반도체가 머지않아 1나노급에 도달할 것으로 예상되는데 1나노급에서 기존처럼 반도체를 제작하기 위해서는 수많은 장애물이 있다.

1옹스트롬의 크기는 실리콘 원자 1개에 해당되고 나노미터 크기에 적용되는 현상들이 원자 크기에서도 동일하게 적용될 수 있을지는 여전히 미지수였기 때문이다.

연구팀은 실리콘 기판위에 대면적으로 서로 다른 특성을 지닌(전자 도핑 정도가 다른) 1나노미터 이하의 금속선을 반복적으로 배열하는데 성공했다. 또 반복적으로 배열된 두 종류의 금속선 중에서 한 종류의 금속선만을 선택해 대면적으로 특성을 제어할 수 있음을 실험으로 밝혔다.

1나노미터 이하의 반도체 제작의 핵심 기술은 1나노미터 이하 영역의 물질을 선택적으로 원하는 물성을 가진 물질로 변화시키는 것이다. 서로 다른 특성을 지닌 금속선을 사용한 이유는 선택적으로 원하는 영역을 1나노미터 이하 수준에서 변화시킬 수 있는 지를 확인하기 위해서다. 실험 전과 후의 변화를 확인하는 것이 쉽기 때문이다. 따라서 이 실험은 1나노미터 이하의 반도체도 제작할 수 있음을 방증한다고 할 수 있다.

이번 실험적 증명이 현재 양산되고 있는 반도체에 직접 사용되는 실리콘 기판위에서 수행됐다는 점에서 더 큰 의미가 있다.

성균관대 안종렬 교수(교신저자)와 송인경 박사(제1저자)가 주도한 이번 연구는 교육부와 한국연구재단이 추진하는 일반연구자지원사업(기본연구)의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 나노 레터스(Nano Letters) 1월 15일자(논문명 : Direct momentum-resolved observation of one-dimensional confinement of externally doped electrons within a single subnanometre-scale wire)에 실렸다.

안종렬 교수는 "이번 연구결과를 통해 대면적 실리콘 반도체 제작이 1나노미터를 넘어 그 이하 단계인 원자 수준에서도 실현될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr