포스텍 신소재공학 연구팀 차세대 소재 기술 개발

반도체 집적도 향상에 따른 발열문제 해결로 주목

삼성미래기술육성사업 지원…국제학술지도 게재

삼성미래기술육성사업이 연구 지원한 포스텍 연구팀이 반도체 미세화에 따른 발열 문제를 해결할 기술 개발에 성공했다. 뒷줄 왼쪽부터 시계 반대방향으로 포스텍 신소재공학과 손준우 교수, 최시영 교수, 이동규 학생, 박윤규 박사, 심혜지 학생. [삼성전자 제공]
삼성미래기술육성사업이 연구 지원한 포스텍 연구팀이 반도체 미세화에 따른 발열 문제를 해결할 기술 개발에 성공했다. 뒷줄 왼쪽부터 시계 반대방향으로 포스텍 신소재공학과 손준우 교수, 최시영 교수, 이동규 학생, 박윤규 박사, 심혜지 학생. [삼성전자 제공]

[헤럴드경제 김현일 기자] 삼성전자의 지원을 받은 국내 대학 연구팀이 반도체 미세화로 발생하는 발열 문제를 해결할 기술 개발에 성공했다.

25일 삼성전자에 따르면 삼성미래기술육성사업이 지원한 포스텍 신소재공학과 손준우 교수, 최시영 교수 연구팀의 차세대 반도체 소재 연구가 지난 18일(영국 현지시간) 국제학술지인 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다.

연구팀은 반도체 미세화에 따라 점차 중요해지는 발열 문제를 해결할 차세대 소재 기술을 개발했다.

그동안 반도체 업계는 미세화를 통해 트랜지스터 회로의 집적도를 높이는 데 주력해왔다. 반도체 집적도가 높아지면 소비 전력이 줄어들고 동작 속도가 빨라지는 장점이 있다. 그러나 반도체 소자가 동작하면서 발생하는 열에 의한 오작동 가능성이 새로운 문제로 떠올랐다.

학계와 업계는 문제 해결을 위해 트랜지스터의 구동 전압을 낮추고, 기존의 실리콘을 대체하는 신규 소재를 개발하거나 실리콘과 신규 소재를 접합하는 등 많은 노력을 기울여 왔다. 대표적인 신규 소재가 '상전이(相轉移) 산화물 반도체'다. 이 소재는 특정 전압에 다다르면 물질의 상(相·Phase)이 절연체에서 금속으로 빠르게 바뀌는 것이 특징이다.

연구팀은 상전이 산화물 반도체의 일종인 '단결정 산화바나듐(금속 바나듐과 산소가 결합해서 만들어진 화합물)'이 기존 실리콘보다 필요한 전압이 낮아 발열이 덜 되는 성질에 주목하고, 단결정 산화바나듐을 실리콘 웨이퍼 위에 적층할 수 있는 기술을 개발했다.

단결정 산화바나듐은 실리콘과 결정구조가 달라 웨이퍼에 직접 쌓아 올릴 경우 전기 결함이 발생할 수 있지만 연구팀은 이 문제도 해결했다. 실리콘 웨이퍼 위에 결정구조가 같은 산화티타늄을 우선 적층한 후 그 위에서 산화바나듐을 단결정 상태로 성장시키는 데 성공한 것이다.

연구팀은 이번에 개발한 소재를 실제 반도체 소자 제작에 활용하기 위해 ▷산화물 반도체와 전극 사이의 저항 감소 ▷소자 크기에 따른 전기적 특성 제어 등 관련 기술을 연구하고 있다.

손준우 교수는 "이번 연구를 통해 차세대 소재로 주목받고 있는 단결정 상전이 산화물의 우수한 특성을 기존 실리콘 반도체 소재에 적용할 수 있게 됐다"며 "초저전력 초고밀도 메모리 등 기존 한계를 극복할 수 있는 차세대 반도체 소자 개발을 위해 노력하겠다"고 말했다.

연구팀은 한국연구재단 기초연구실의 지원과 더불어 지난 2017년 7월부터 3년간 삼성미래기술육성사업의 지원을 받았다.

삼성미래기술육성사업은 삼성전자가 우리나라 과학기술 육성·지원을 목표로 2013년부터 1조5000억원을 출연해 시행하고 있는 연구지원 공익사업이다. 지금까지 682개 과제에 8865억원을 지원했으며 국제학술지에 총 2130건의 논문이 게재됐다. 이 중 네이처(7건), 사이언스(7건), 셀(1건) 등 최상위 국제 학술지에 소개된 논문도 189건에 달한다.


joze@heraldcorp.com