조만호 교수팀, 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 논문 게재
조만호 교수팀, 학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 논문 게재
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▲ 조만호 교수 (사진제공: 연세대학교)
[천지일보=김민아 기자] 현존하는 가장 빠른 Si 소자 보다 260% 빠른 반도체를 개발 할 수 있는 기술이 개발됐다.

연세대학교 물리학과 조만호 교수 연구팀이 현재 반도체 소자에서 가장 광범위하게 사용되고 있는 Si 및 SiGe 반도체 물질을 이용해 나노구조에서 인장 응력을 인가함으로써 기존의 Si소자보다 최대 2.6배 이상 전자의 이동도를 증가시킬 수 있음을 확인했다. 이동도는 소자의 빠르기와 직접적인 연관성을 갖는 인자로, 이번 연구는 현재의 소자보다 2.6배 빠른 소자의 개발이 가능함을 제시한 결과다.

연구진은 높은 이동도를 얻기 위해 표면에서 발생하는 결함을 최소화하는 표면 처리가 필요하다는 것에 착안했다. 이를 위해 기존 반도체 공정에서 이용하고 있는 원자층 증착법을 활용해 산화알루미늄 박막을 표면 보호막으로 이용함으로써 표면의 결함을 최소화했다.

또한 응력의 작용에 의한 표면 결함의 발생이 표면의 Si 결합의 파괴에서 유래되는 것이 아니라, 표면에서 반응하는 산화층에서 기인한다는 것을 최초로 밝혀냈다. 이로부터 높은 응력에서 획기적으로 전자의 이동도를 향상시킬 수 있음을 확인했다.

Si은 응력을 가하면 전자구조의 변화로 인해 전자의 유효질량을 줄일 수 있어 소자의 속도를 향상시키는 것이 가능하다. 이러한 원리를 이용한 소자가 현재 개발돼 사용 중에 있으나, 향후 Si이 갖는 한계성으로 다른 반도체 물질을 사용하는 것이 적극적으로 검토되고 있다. 이러한 상황에서 연구팀이 제시한 연구 결과는 향후에도 Si기반의 반도체 소자 물질의 응용 가능성을 제시했다는 측면에서 큰 의의를 갖는다. 기존의 Si 기반 물질을 다른 반도체 물질로 바꿀 때 발생하는 개발상의 많은 문제점을 고려할 때 이러한 선행 연구를 기반으로 향후 고성능 Si 기반 소자의 개발 가능성을 제시하는 고무적인 결과다.

이번 연구에는 조만호 교수팀의 마진원(제1저자) 박사와 한국과학기술연구원(KIST) 안재평 박사, 성균관 대학교 김형섭 교수가 공동연구를 수행했으며, 관련 논문은 나노 과학기술 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 온라인 판에 지난 10월 26일 게재됐다.  
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