KAIST, 제네바대와 화학물질 없이 식각하는 반도체 기술 개발

[이데일리 강민구 기자] 차세대 반도체의 핵심 소자가 되는 강유전체를 화학물질없이 식각할 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

연구진 모습.(왼쪽부터)홍승범 신소재공학과 교수, 패트리샤 파루치 제네바대 교수, 조성우 박사.(사진=KAIST)

한국과학기술원(KAIST)은 홍승범 신소재공학과 교수가 패트리샤 파루치(Paruch) 제네바대 교수팀과 함께 강유전체 표면의 비대칭 마멸 현상을 관찰하고, 이를 활용해 나노 패터닝 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

연구팀은 강유전체 소재 표면 특성에 관한 연구에 집중했다. 이들은 원자간력 현미경으로 다양한 강유전체의 트라이볼로지(Tribology, 마찰 및 마모) 현상을 관찰했다. 이후 강유전체의 전기적인 분극 방향에 따라 마찰되거나 마모되는 특성이 다르다는 것을 발견했다. 또 분극 방향에 따라 달라지는 트라이볼로지 원인으로 변전 효과에 주목했다.

연구팀은 강유전체의 트라이볼로지 특성이 나노 단위에서 강한 응력이 가해질 때 발생하는 변전 효과로 강유전체 내부의 분극 방향에 따른 상호작용으로 트라이볼로지 특성이 바뀌게 된다는 것을 발견했다. 이러한 새로운 강유전체 트라이볼로지 현상을 소재의 나노 패터닝에 응용했다.

이러한 패터닝 방식은 기존의 반도체 패터닝 방식과는 다르게 화학 물질이나 비싼 리소그래피 장비가 필요하지 않다. 기존 공정 대비 빠르게 나노 구조를 제작할 수도 있다.

파루치 제네바대 교수는 “변전 효과를 통해 강유전체의 도메인이 분극 방향에 따라 서로 다른 표면 특성을 나타내는 것을 활용해 다양한 기술들을 개발할 수 있을 것”이라고 말했다.

홍승범 KAIST 교수는 “이번에 개발한 패터닝 기술은 기존 반도체 공정에서 쓰이는 패터닝 공정과 달리 화학 물질을 사용하지 않고, 낮은 비용으로 대면적 나노 구조를 만들 수 있다”며 “산업적으로 활용할 잠재력이 있다”라고 강조했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 지난 1월 9일자에 출판됐다.