성신여대 한혁진 교수, 위상 금속의 나노 단위 결정화 경로 세계 최초 규명

성신여자대학교는 청정융합에너지공학과(청정신소재공학과) 한혁진 교수가 미국 코넬대학교, 가천대학교와 함께 차세대 반도체 배선 기술 개발에 필요한 위상 금속의 결정화 경로를 세계 최초로 규명했다고 7일 밝혔다.

한 교수 공동연구팀은 이번 연구 논문(Diameter-dependent phase selectivity in 1D-confined tungsten phosphides)은 세계 최상위 저널인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 7월호에 온라인 게재됐다.

위상 금속은 표면 전자의 산란이 없는 이상적인 전도체를 형성하는 특성을 보인다. 기존 배선 소재인 구리를 대체할 차세대 반도체 배선의 소재로 주목받는다.

위상 금속을 반도체 소재로 활용하려면 나노 구조의 위상 금속 합성이 필수적이다. 그러나 주로 벌크 형태의 위상 금속 합성에 관한 연구가 진행돼 그동안 나노 규모에서의 위상 금속 결정화 과정을 밝히는 것은 쉽지 않았다.

공동연구팀은 이번 연구를 통해 세계 최초로 위상 금속 구조의 나노 규모 결정화 과정을 성공적으로 밝혀냈다. 1차원화된 위상 금속 물질의 결정화가 선폭에 영향을 받아 변화한다는 사실을 실험으로 입증했다. 1차원화된 위상금속 물질인 텅스텐 포스파이드(WP)의 결정화가 35㎚(나노미터·10억분의 1m) 이하 영역에서 이인화 텅스텐(WP2)으로 새롭게 결정화된다는 과정을 알아내는 데 성공했다.

위상 금속의 결정화 과정을 밝히는 것은 다양한 재료의 단위 공정이 이뤄지는 반도체 소자 제조 과정에서 매우 중요하다. 기존 반도체 소자의 구조에서 사용되는 소재를 설계자가 원하는 위상 금속으로 대체할 가능성이 열리기 때문이다. 기존 전통 금속 소재의 한계를 극복하고 효율은 높이는 차세대 반도체 소자 구현으로 이어질 수 있다.

이번 연구에 교신저자로 참여한 한 교수는 "이번 성과는 미래 반도체 핵심 소재와 초고집적 반도체 개발에 중요한 토대가 될 것"이라고 말했다.