(대전ㆍ충남=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 실리콘 기반 반도체 기술보다 성능이 뛰어나고 전력도 절감되는 차세대 2차원 반도체 공정 기술을 세계 최초 개발했다.
한국기계연구원(KIMM) 플라즈마연구실 김형우 박사와 성균관대 김태성 교수 공동연구팀은 ‘플라즈마 기반 반응성 이온 식각(RIE) 장비를 이용해 차세대 반도체 이황화 몰리브덴(MoS₂)의 4인치 대면적 원자층 식각 기술 개발에 성공했다고 22일 밝혔다.
MoS₂는 반도체 성능 지표인 on/off 비율이 기존 실리콘 대비 1000배 이상 높아 뛰어난 반도체 성능을 유지할 수 있다.
또 플라즈마 식각 공정 수행 시 반도체 표면에 불순물이 잔류하기 때문에 이를 제거하기 위한 추가 공정이 필요하다는 단점이 있다.
연구팀은 이런 문제를 밀도범함수이론(DFT, 양자역학을 근간으로 재료의 전자구조를 해석하기 위한 계산 방법론) 기반의 계산과학 스크리닝 시스템을 도입해 해결했다.
MoS₂기반 반도체는 넓은 면적을 균일하게 형성하기가 어려웠으나 이번 연구로 세계 최초 4인치 수준의 대면적에서 원하는 원자층 두께 MoS₂의 식각 가능 공정을 개발하면서 MoS₂반도체를 양산할 수 있는 토대를 마련했다.
김형우 선임연구원은 “최근 인공지능(AI), 챗GPT, 사물인터넷(IoT), 자율주행, 클라우드 등 미래 산업들이 반도체 칩의 미세선폭 제어가 가능한 공정의 중요성이 부각되고 있다"며 “이번 기술 개발을 통해 2D 차세대 반도체 공정으로 MoS₂반도체를 양산 수준까지 향상해 반도체 산업 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
기계연 기본사업 ’반도체·디스플레이산업 핵심공정용 플라즈마 장비 기반 원천 기술 개발’ 과제의 지원을 받아 수행된 이번 연구의 성과는 저명 국제학술지 ‘케미스트리 오브 메터리얼스'에 게재됐다.
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