세종대학교 반도체시스템공학과 엄태용 교수 연구팀이 나노과학 및 나노기술 분야 최고 권위 학술지 <ACS Nano>에 논문을 발표했다.
<ACS Nano>는 높은 영향력(Impact Factor 15.8)과 엄격한 동료 심사 과정을 통해 세계적인 연구 결과를 소개하는 국제적 저명 학술지다.
연구팀은 Bi₂SeO₅라는 물질로 박막을 만드는 방법을 개발했다. 이번 연구는 KAIST 신소재공학과 강기범 교수팀과 공동으로 진행됐다.
Bi₂SeO₅는 고유전율(High-k)을 가지는 물질로 그래핀과 같은 2차원 반도체 소재와 접합성이 우수해, 차세대 2차원 반도체 트랜지스터에서 절연체 역할을 한다. 그러나 이 우수한 Bi₂SeO₅의 특성에도 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.
엄 교수는 “이번 공동 연구를 통해 박막 형성 과정에서 화학 반응을 효과적으로 제어함으로써, 차세대 2차원 소재를 형성할 수 있는 기술을 최초로 개발했다”며 “이를 바탕으로 2차원 반도체 트랜지스터와 이를 이용한 모놀리식 3차원(M3D) 집적 반도체 개발에 도움이 될 것”이라고 말했다.
