▲(왼쪽부터)엄태용 교수, KAIST 신소재공학과 강기범 교수, 박현빈 연구원(제1저자)
반도체시스템공학과 엄태용 교수 연구팀이 나노과학 및 나노기술 분야 최고 권위 학술지 ACS Nano에 논문을 발표했다.
ACS Nano는 높은 영향력(Impact Factor 15.8)과 엄격한 동료 심사 과정을 통해 세계적인 연구 결과를 소개하는 저널이다.
연구팀은 Bi2SeO5라는 물질로 박막을 만드는 방법을 개발했다. 이번 연구는 KAIST 신소재공학과 강기범 교수팀과 공동으로 진행됐다.
Bi2SeO5는 고유전율(High-k)을 가지는 물질로 그래핀(Graphene)과 같은 2차원 반도체 소재와 접합성이 우수해, 차세대 2차원 반도체 트랜지스터에서 절연체 역할을 한다. 그러나 이 우수한 Bi2SeO5의 특성에도 불구하고 반도체 산업에서 일반적으로 사용되는 물질(SiO2, TiN) 층위에는 전혀 형성되지 않아 추가적인 연구에 어려움이 있었다.
이에 엄태용 교수 연구팀은 원자층 증착(ALD)이라는 기술을 활용해 매우 얇고 균일한 Bi2SeO5 박막을 연구 개발했다. 이 기술은 원자를 하나씩 증착해 박막을 만드는 매우 정교한 기술로 특히 증착 과정 중 반응성이 높은 중간체를 형성하는 화학 반응을 유도해, 전기적으로 우수한 특성을 가진 Bi2SeO5 박막을 현재 반도체 기술에 범용적으로 사용되는 기판 위에 형성할 수 있었다.
연구 결과는 차세대 반도체 소자에서 고유전율 유전체로 Bi2SeO5를 사용할 수 있는 가능성을 열었다. 또한 Bi2SeO5의 우수한 전기적 특성은 차세대 전자 소자의 특성을 개선할 수 있을 것이며 기존 반도체 제조 기술과 호환성이 우수해 2차원 반도체의 상용화 가능성을 높이는 중요한 기반이 될 것으로 예상된다.
엄태용 교수는 “이번 공동 연구를 통해 박막 형성 과정에서 화학 반응을 효과적으로 제어함으로써, 차세대 2차원 소재를 형성할 수 있는 기술을 최초로 개발했다. 이를 바탕으로 2차원 반도체 트랜지스터와 이를 이용한 모놀리식 3차원(M3D) 집적 반도체 개발에 도움이 될 것이다”고 소감을 전했다.
취재/ 홍가연 홍보기자(gyhong1211@naver.com)