세종대 반도체시스템공학과 엄태용 교수, 차세대 2차원 소재 형성 박막 기술 최초 개발

세종대학교는 반도체시스템공학과 엄태용 교수 연구팀이 Bi2SeO5라는 물질로 박막을 만드는 방법을 개발해 관련 논문이 나노과학·기술 분야 최고 권위 학술지인 ACS Nano에 실렸다고 19일 밝혔다.

Bi2SeO5는 고유전율(High-k)을 가지는 물질로, 그래핀(Graphene) 같은 2차원 반도체 소재와 접합성이 우수해 차세대 2차원 반도체 트랜지스터에서 절연체 역할을 한다.

그러나 Bi2SeO5는 반도체 산업에서 일반적으로 사용되는 물질(SiO2, TiN) 층위에는 전혀 형성되지 않아 추가적인 연구에 어려움이 있었다.

이에 연구팀은 원자층 증착(ALD)이라는 기술을 활용해 매우 얇고 균일한 Bi2SeO5 박막을 연구·개발했다. 이는 원자를 하나씩 증착(진공 상태에서 금속이나 화합물을 가열·증발시켜 그 증기를 물체 표면에 얇은 막으로 입히는 것)해 박막을 만드는 정교한 기술이다. 특히 증착 과정 중 반응성이 높은 중간체를 형성하는 화학 반응을 유도함으로써 Bi2SeO5 박막을 현재 반도체 기술에 범용적으로 사용되는 기판 위에 형성할 수 있었다.

연구 결과는 차세대 반도체 소자에서 고유전율 유전체로 Bi2SeO5를 사용할 수 있는 가능성을 열었다. 또한 Bi2SeO5의 우수한 전기적 특성은 차세대 전자 소자의 특성을 개선할 수 있을 것으로 기대된다. 기존 반도체 제조 기술과 호환성이 우수해 2차원 반도체의 상용화 가능성을 높이는 중요한 기반이 될 전망이다.

엄 교수는 "박막 형성 과정에서 화학 반응을 효과적으로 제어함으로써 차세대 2차원 소재를 형성할 수 있는 기술을 최초 개발했다. 이를 바탕으로 2차원 반도체 트랜지스터와 이를 이용한 모놀리식 3차원(M3D) 집적 반도체 개발에 도움이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구는 카이스트 신소재공학과 강기범 교수팀과 공동으로 진행했다. 세종대 박현빈 연구원은 제1저자로 참여했다.