아주대 "신금속물질 세계 최초 개발…미래 반도체 기술 돌파구"

 

국내 연구진이 금속과는 완전히 다른 성질을 가진 새로운 비정질 준금속 나노 극초박막 물질을 개발하는 데 성공해 차세대 반도체의 원천기술로 활용될지 주목된다.

 

아주대는 3일 오일권 교수(지능형반도체공학과·전자공학과) 국제 공동 연구팀이 반도체 배선 물질로 사용되는 극초박막에서 비저항(전류 흐름을 얼마나 거스르는지 측정한 물리량)이 작아지는 차세대 금속 물질을 개발했다고 밝혔다.

 

아주대 연구팀이 세계 최초로 개발한 위상 준금속 물질은 박막의 두께가 줄어듦에 따라 비저항이 증가하는 기존 금속들과는 반대로, 박막의 두께가 줄어듦에 따라 비저항이 급격히 줄어드는 특성을 보인다.

 

또한, 이 위상 준금속 물질은 현재 반도체 공정에 적용할 수 있을 정도로 호환성(Compatibility)이 월등하다. 성장 온도가 400도 미만의 저온이며, 일반적 금속이 가지는 결정질의 단결정이나 다결정 형태의 박막이 아닌 비정질 형태의 박막임에도 비저항 역행 현상이 나타나기 때문이다.

 

새로운 준금속 물질은 비정질 물질이어서 별도의 고온 공정이 필요하지도 않다.

 

즉, 공정 호환성이 높아 적은 비용으로 쉽게 구현할 수 있는 비정질 형태인 데다 반도체 소자에 충격을 주지 않는 저온 공정이 가능해 반도체 배선 물질에 활용하는 데 가장 큰 문제가 되는 두 산을 넘었다는 의미를 가진다.

 

아주대 연구팀은 이에 대한 후속 연구로 원자층 증착 공정 기반의 위상 준금속 공정을 개발하는 중이다. 원자층 증착법은 물리 기상 증착법에 비해 원자 단위로 박막의 두께를 조절할 수 있어 미세화에 더 적합해 상용화에 더 가까운 기술로 평가받고 있다.

 

오일권 교수는 "그동안 시도된 적 없는 연구를 통해 완전히 새로운 물질에 대해 처음으로 실험적으로 입증해 냈다는 점에서 의미 있는 성과"라고 말했다.

 

오 교수는 "이번 연구를 통해 확보한 신개념 금속 물질은 한계에 직면한 미래 반도체 기술의 돌파구가 될 수 있다"며 "미래 반도체 산업의 주도권을 선점할 원천기술로 활용될 수 있을 뿐 아니라 응용 가능성이 무한하다"라고 강조했다.

 

해당 내용은 '극초박막 비정질 NbP 준금속 내 표면 전도와 전기 비저항의 감소(Surface Conduction and Reduced Electrical Resistivity in Ultrathin Non-Crystalline NbP Semimetal)'라는 제목으로 글로벌 학술지 '사이언스'(Science) 1월호에 게재됐다. 미국 스탠퍼드대 전자공학과의 에릭 팝 교수·아시르 인티자르 칸 박사가 함께 참여했다.

 

아주대 연구팀은 물질 합성과 메커니즘 및 물성 연구를 수행했고, 스탠퍼드대 연구팀은 물질 합성과 전기적 특성 연구를 맡았다.