2차원 절연체 소재 합성기술 세계최초 개발

2022-06-01 차형석 기자

UNIST·영국 케임브리지 대학교 공동연구팀이 차세대 고집적 반도체에 들어갈 2차원 절연체 소재 합성 기술을 개발해 최고 권위 과학 저널인 Nature지에 공개했다. 2년마다 반도체 칩의 미세소자 집적도가 2배씩 증가한다는 ‘무어의 법칙’의 물리적 한계를 극복할 기술로 주목받고 있다.

고집적 반도체 칩의 전류누설과 발열과 같은 한계를 해결하기 위해 실리콘을 나노공정으로 얇게 깎는 대신, 이를 얇은 2차원 반도체 소재인 이황화몰리브덴 등으로 바꾸는 반도체 칩 기술이 대안으로 꼽히고 있다. 하지만 이 기술을 완성하기 위해서는 칩 성능을 떨어뜨리는 전하 트랩과 전하 산란을 막을 2차원 절연체 소재 또한 꼭 필요하다.

연구팀은 2차원 소재 중 유일한 절연체인 질화붕소를 원자 세 층 두께의 단결정 형태로 합성할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다. 질화붕소가 두꺼울수록 절연체로 쓰기 적합한데, 그간 두께를 조절할 수 있는 합성 기술 개발이 난제로 남아 있었다.

또 연구팀은 육방정계 질화붕소가 단결정 형태로 합성될 수 있었던 원인도 밝혀냈다. 일반적으로 원자가 한 방향으로만 배열된 단결정 형태 물질은 다결정보다 품질이 우수하지만 합성하기 까다롭다. 분석 결과 질화붕소 합성 과정에서 사용한 니켈 기판의 표면 특성 때문에 육방정계 질화붕소가 단결정 형태로 합성될 수 있었다. 차형석기자