전자소재와 소자의 성능을 떨어뜨리지 않고 넓은 면적에 신소재 전자기판을 만들 수 있는 기술을 한국과 미국 연구진이 개발했다. 기존 이산화규소 기판에 비해 동작속도가 150배 이상 향상돼 2차원 전자소자 상용화에 기여하는 등 차세대 기판으로 널리 활용될 전망이다.
기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단 이영희 단장은 한국과학기술연구원(KIST) 김수민 박사, 동국대 김기강 교수, 미국 MIT대 징콩 교수 등이 공동으로 기판과 소재 간 상호작용을 최소화해 반도체 소자 성능을 높일 수 있는 '대면적·고결정 절연체 박막기술'을 개발하는 데 성공했다고 28일 밝혔다.
다양한 반도체 소자를 구현하려면 이산화규소 등의 산화물 기판을 사용하는 데 기판과 소재 사이에 강한 상호작용이 발생해 소재가 가진 고유 성능이 저하되는 문제가 있다.
연구팀은 육각형 벌집구조 모양의 2차원 물질인 '질화붕소(h-BN)'로 전자소재나 소자를 성능 손실 없이 구현할 수 있는 대면적 2차원 절연체 기판을 만들었다. 하지만 질화붕소는 이상적인 절연체 기판 재료로 알려졌으나, 대면적·고결정성 구현이 어려워 상용화에 걸림돌이 됐다.
연구팀은 열이나 전기로 원료 가스의 화학작용을 유도해 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 '화학기상 증착법'을 이용해 철 기판 위에 얇으면서 면적이 넓고 결정성이 높은 질화붕소 박막을 만드는 데 성공했다. 이 박막은 철 기판에서 다른 소재의 기판으로 옮기기 쉬워 다양한 구조와 고성능 전자소재 개발을 앞당길 것으로 연구팀은 내다보고 있다.
연구팀은 질화붕소 박막에 2차원 전자 소재를 적용해 전자 소자의 성능이 대폭 향상된다는 사실을 확인했다. 질화붕소 기판에 화학기상 증착법으로 형성된 단일층 이셀렌화텅스텐의 전하이동도가 이산화규소 기판에 비해 150배 높아진 것이다. 이는 결함이 적고 전자소재와 상호작용이 거의 없는 기판 소재인 질화붕소 박막을 사용하면 어떠한 2차원 물질이라도 소재 본연의 성능을 살릴 수 있음을 의미하는 것이라고 연구팀은 설명했다. 이 연구결과는 네이처 커뮤니케이션(10월 28일자) 온라인판에 실렸다.
김수민 박사는 "전자소자 연구의 최대 난제를 해결할 수 있는 이상적인 소재의 대면적화를 제시한 연구라는 점에서 의미가 있다"면서 "테라헤르츠(㎔)급 전자소자의 상용화를 앞당기는 기반으로 활용될 전망"이라고 말했다.대전=이준기기자 bongchu@dt.co.kr
기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단 이영희 단장은 한국과학기술연구원(KIST) 김수민 박사, 동국대 김기강 교수, 미국 MIT대 징콩 교수 등이 공동으로 기판과 소재 간 상호작용을 최소화해 반도체 소자 성능을 높일 수 있는 '대면적·고결정 절연체 박막기술'을 개발하는 데 성공했다고 28일 밝혔다.
다양한 반도체 소자를 구현하려면 이산화규소 등의 산화물 기판을 사용하는 데 기판과 소재 사이에 강한 상호작용이 발생해 소재가 가진 고유 성능이 저하되는 문제가 있다.
연구팀은 육각형 벌집구조 모양의 2차원 물질인 '질화붕소(h-BN)'로 전자소재나 소자를 성능 손실 없이 구현할 수 있는 대면적 2차원 절연체 기판을 만들었다. 하지만 질화붕소는 이상적인 절연체 기판 재료로 알려졌으나, 대면적·고결정성 구현이 어려워 상용화에 걸림돌이 됐다.
연구팀은 열이나 전기로 원료 가스의 화학작용을 유도해 웨이퍼 상에 박막을 형성하는 '화학기상 증착법'을 이용해 철 기판 위에 얇으면서 면적이 넓고 결정성이 높은 질화붕소 박막을 만드는 데 성공했다. 이 박막은 철 기판에서 다른 소재의 기판으로 옮기기 쉬워 다양한 구조와 고성능 전자소재 개발을 앞당길 것으로 연구팀은 내다보고 있다.
연구팀은 질화붕소 박막에 2차원 전자 소재를 적용해 전자 소자의 성능이 대폭 향상된다는 사실을 확인했다. 질화붕소 기판에 화학기상 증착법으로 형성된 단일층 이셀렌화텅스텐의 전하이동도가 이산화규소 기판에 비해 150배 높아진 것이다. 이는 결함이 적고 전자소재와 상호작용이 거의 없는 기판 소재인 질화붕소 박막을 사용하면 어떠한 2차원 물질이라도 소재 본연의 성능을 살릴 수 있음을 의미하는 것이라고 연구팀은 설명했다. 이 연구결과는 네이처 커뮤니케이션(10월 28일자) 온라인판에 실렸다.
김수민 박사는 "전자소자 연구의 최대 난제를 해결할 수 있는 이상적인 소재의 대면적화를 제시한 연구라는 점에서 의미가 있다"면서 "테라헤르츠(㎔)급 전자소자의 상용화를 앞당기는 기반으로 활용될 전망"이라고 말했다.대전=이준기기자 bongchu@dt.co.kr
[ 저작권자 ⓒ디지털타임스, 무단 전재 및 재배포 금지 ]
