◆…사진제공:삼성전자
반도체 미세화에 따라 점차 중요성이 커지는 열 문제 해결을 위한 차세대 소재 기술을 개발한 것으로 한국연구재단 기초연구실과 삼성미래기술육성사업 연구과제로 선정돼 3년간 지원을 받았다.
고집적 반도체용으로 사용할 수 있는 새로운 소재를 개발한 성과로 인정받아 18일(영국 현지시간) ‘급격한 상전이 특성이 있는 단결정 루틸 구조의 실리콘 상 이종 접합’이라는 제목으로 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 게재됐다.
반도체 분야의 기술 혁신은 미세화를 통한 트랜지스터 회로의 집적도를 높이는 방향으로 진행돼 왔으나 집적도가 커질수록 소비하는 전력은 줄어들고 동작 속도는 빨라지지만 동작하면서 발생하는 열에 의한 오작동 등 새로운 문제가 발생할 가능성이 커지고 있다.
문제 해결 방법은 트랜지스터의 구동 전압을 낮추고 기존의 실리콘을 대체하는 신규 소재를 개발하거나 실리콘과 신규 소재를 접합하는 것으로, 학계와 업계는 이 문제 해결에 많은 노력을 기울여 왔다.
대표적 신소재로는 특정한 전압에 다다르면 물질의 상(相·Phase)이 절연체에서 금속으로 빠르게 바뀌는 상전이(相轉移) 산화물 반도체가 주목 받고 있다.
연구팀은 상전이 산화물 반도체의 일종인 단결정 산화바나듐(금속 바나듐과 산소가 결합해 만들어진 화합물)이 기존 실리콘 대비 전류를 흘릴 때 필요한 전압이 낮아 발열이 덜 되는 성질에 주목해 ,단결정 산화바나듐을 실리콘 웨이퍼 위에 적층할 수 있는 기술을 개발했다.
그러나 단결정 산화바나듐은 실리콘과 결정 구조가 달라 웨이퍼에 직접 적층 성장할 경우 전기적인 결함 발생 가능성이 있어 연구팀은 실리콘 웨이퍼 위에 결정 구조가 같은 산화티타늄을 우선 적층한 후 그 위에서 산화바나듐을 단결정 상태로 성장시키는데 성공했다.
이번에 개발한 소재를 실제 반도체 소자 제작에 활용하기 위해 산화물 반도체와 전극 사이의 저항 감소, 소자 크기에 따른 전기적 특성 제어 등 관련 기술에 대해 연구하고 있다.
삼성미래기술육성사업은 미래를 책임질 과학기술 육성·지원을 목표로 삼성전자가 2013년부터 1조5천억 원을 출연해 시행하는 공익사업으로 매년 상·하반기 기초과학, 소재, ICT 분야에서 지원할 과제를 선정하고 1년에 한 번 실시하는 지정테마 과제 공모를 통해 연구를 지원하고 있다.
특히 연구자들이 도전적인 연구를 할 수 있도록 목표를 달성하지 못하더라도 책임을 묻지 않고 실패 원인을 지식 자산으로 활용하도록 하고 있다.
삼성미래기술육성사업은 지금까지 682개 과제에 8,865억 원을 지원, 국제학술지에 총 2,130건의 논문이 게재되고 네이처(7건), 사이언스(7건), 셀(1건) 등 최상위 국제 학술지에 소개된 논문도 189건에 달한다.
한편 삼성전자는 '함께가요 미래로! Enabling People'이라는 CSR 비전 아래 청소년 교육 중심의 사회공헌 활동과 상생 활동을 펼치고 있다. 삼성청년SW아카데미, 삼성 드림클래스, 삼성 주니어 SW 아카데미, 삼성 스마트스쿨 등 청소년의 잠재력을 최대한 발휘할 수 있도록 하는 프로그램을 운영하고 있다.
더불어 삼성미래기술육성사업, 스마트공장, C랩 아웃사이드 등의 상생 프로그램을 통해 삼성전자가 쌓아온 기술과 혁신의 노하우를 우리 사회와 같이 나누고 있다.
