포스텍 김철주 교수팀, 웨이퍼 크기 박막 조립 기술 개발

포스텍 김철주 교수팀, 웨이퍼 크기에서 원자 조립하는 기술 개발했다. 왼쪽부터 김철주 교수, 통합과정 양성준, 정주현 씨(포스텍제공) 2022.3.21/© 뉴스1

(포항=뉴스1) 최창호 기자 = 포스텍은 21일 화학공학과 김철주 교수와 통합과정 양성준·정주현씨 연구팀, 포항가속기연구소 황찬국·이은숙 박사, 미국 일리노이대 어바나-샴페인캠퍼스가 공동연구를 통해 웨이퍼 크기의 원자 단위 두께 박막을 조립하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 반데르발스 상호 작용에 기반한 조립 기술을 개발해 단일 원자 두께의 그래핀과 육방정 질화붕소(hBN)를 조립했고, 그 결과 거의 100%의 수율로 깨끗한 계면을 가진 웨이퍼 크기의 박막을 만드는데 성공했다.

반데르발스 상호 작용은 중성인 2개의 분자 사이에 작용하는 힘, 특히 멀리까지 미치는 약한 인력 부분을 말한다.

원자로 구성된 결정 박막은 두께나 원자 구조에 따라 다양한 물리적 특성을 지니고 있어 박막을 차곡차곡 쌓거나 비틀어 쌓는 등 쌓는 방식을 바꾸면 각기 다른 물성을 구현할 수 있는 것으로 알려져 있다.

그러나 지금까지의 연구로는 아주 작은 크기에서만 조립이 가능한 것으로 알려져 있어 웨이퍼 크기의 큰 박막을 조립하면 계면이 쉽게 오염돼 새 물성을 확보하기 어려웠다.

연구팀이 개발한 기술을 활용하면 지금까지는 크기가 작아 실제 다바이스로 활용하기 어려웠던 인공 결정 박막에도 웨이퍼 크기로 대량 생산할 수 있다.

웨이퍼는 반도체 직접회로를 만드는 토대가 되는 얇은 판이다.

특히 물질의 구조를 원자 수준에서 조절할 수 있기 때문에 새로운 형태로 빛을 내거나 전기가 흐르는 새로운 물질을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

김철주 교수는 "원자 수준의 조립 기술은 매우 작은 크기에 제한돼 물성 발견과 기술 개발이 단일 소자 수준의 검증에 머물렀다면 이번 연구 성과는 세계 최초로 웨이퍼 크기에서 원자 수준의 정밀한 조립이 가능함을 증명함으로써 향후 새로운 나노소자 개발에 응용할 수 있다"고 말했다.