국내연구진, 반도체 나노결정 도핑 기술 개발

[아시아경제 김철현 기자]지난 10년간 나노기술 분야에서 풀리지 않는 숙제로만 여겨졌던 '반도체 나노결정 도핑 기술'이 국내 연구진에 의해 처음 개발됐다.

교육과학기술부는 서울대 현택환 교수팀이 '반도체 나노결정을 핵형성 과정에서부터 효율적으로 도핑할 수 있는 기술 개발'에 성공했다고 16일 밝혔다. 이번 연구 성과를 통해 우리나라는 차세대 나노 반도체 공정 기술을 주도할 수 있을 것으로 평가받고 있다.

교과부와 한국연구재단이 추진하는 '리더연구자 지원사업중 창의적 연구'의 지원을 받은 이번 연구 결과는 나노분야의 세계적 권위지인 '네이처 머터리얼즈(Nature Materials)' 인터넷판에 16일 게재됐다.

교과부에 따르면 '도핑'이란 불순물을 의도적으로 주입해 물질의 전기적, 광학적, 자기적 성질을 조절하는 것으로, 실리콘에 인이나 붕소 등을 도핑하면 전기전도도를 획기적으로 향상시켜 전도성이 뛰어난 반도체를 만들 수 있다. 또한 디스플레이에 사용되는 형광체는 산화물에 금속이온이 도핑된 것이다.

연구팀 관계자는 "반도체 나노결정 도핑 기술은 나노결정의 작은 크기와 안정성 등으로 인해 기존에 보고된 도핑 효율이 1%에 불과했다"며 "이번 연구를 통해 반도체(카드뮴 셀레나이드, CdSe) 나노결정 성장 과정 중에 나노입자보다 더 작은 핵 형성과정을 화학적으로 제어하면, 망간 이온으로 10% 이상 도핑할 수 있다는 새로운 사실을 발견했다"고 말했다.

기존의 반도체 나노결정 도핑 기술은 결정이 성장하는 과정에 불순물을 입히는 것으로, 불순물(망간) 이온이 결정 안쪽 보다 바깥쪽에 많이 분포되는 단점이 있었지만 이번 성과로 결정의 핵 생성 과정에서부터 불순물 이온이 안으로 들어가게 돼 높은 효율의 도핑을 얻을 수 있었다는 설명이다.

현택환 교수팀 관계자는 "도핑된 핵입자들은 자기조립과정을 통해 나노리본을 만들게 되는데 이 나노리본은 차세대 나노소자에 이용될 수 있을 것으로 기대된다"며 "또한 망간 이온이 도핑된 카드뮴 셀레나이드 나노선은 전기 및 광학적으로 제어 가능한 자성반도체 분야에 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이 연구는 서울대 화학생물공학부 현택환 교수팀의 주도하에 ▲미국 노트르담대 물리학부 후디나(Furdnya) 교수팀 ▲텍사스주립대 화학공학과 황경순 교수팀 ▲포항공과대 물리학부 박재훈 교수팀 ▲서울대 재료공학부 김영운 교수팀 등이 참여했다.

현택환 교수는 "이번 연구결과는 반도체 나노결정의 도핑 과정을 근원에서부터 제어할 수 있는 신기술 개발"이라며 "나노반도체 산업의 발전 가능성과 자성반도체 응용 가능성을 높였다는 데 의미가 있다"고 말했다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr