2차원 소재 잉크 기반…반도체 소자의 맞춤 제작 가능해진다 실리콘 소자의 물리적 한계 극복 위한 차세대 소재 및 소자 제조 기술 실리콘 반도체의 한계를 극복할 수 있는 소재로 주목받는 2차원 소재를 잉크 형태로 만들어서 고성능·저전력 반도체 소자를 대면적으로 구현할 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다.한국연구재단은 강주훈 교수(성균관대학교) 연구팀이 다양한 광물의 원자층 사이사이에 분자를 침투시키는 방식으로 도체, 반도체, 부도체 특성을 갖는 2차원 소재 잉크를 합성하고, 이를 기반으로 웨이퍼단위(wafer-scale)의 다양한 반도체 소자를 블럭 조립하듯이 구현할 수 있는 방식을 개발했다고 밝혔다.기존에는 수 나노미터 두께의 아주 얇은 2차원 소재를 얻기 위해 광물에 스카치테이프를 붙였다 떼어내는 방식이 주를 이뤘다. 하지만 균일한 박리효과를 기대할 수 없어 생산효율이 떨어지고, 형성된 2차원 소재의 면적이 수십~수백 제곱 마이크로 미터(micrometer2)에 불과한 한계가 있었다. 연구팀은 잉크 형태의 용액공정으로 얇은 2차원 소재를 균일하게 합성할 수 있는 공정을 설계했다. 이를 통해 2차원 소재를 실제 반도체 산업에 적용하는데 장애물이었던 기존 박리공정의 소요시간과 소요비용 문제를 해결했다. 또한 10센티미터(cm) 직경의 웨이퍼 위에 대면적화 하는 데 성공했다고 밝혔다. 한국연구재단은 연구진이 개발한 2차원 소재 잉크 합성법과 이를 기반으로 한 대면적 소자 제작 기술을 통해 실제 산업에서 필요로 하는 다양한 고성능 반도체 소자를 맞춤 제작할 수 있을 것으로 보이며, 복잡한 공정 없이 용액공정만으로 제작 가능하다는 점에서 의의가 있다고 평했다. 이번 기술개발은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구, 나노소재기술개발사업 등의 지원으로 수행했다.

2차원 소재 잉크 기반…반도체 소자의 맞춤 제작 가능해진다

실리콘 소자의 물리적 한계 극복 위한 차세대 소재 및 소자 제조 기술

기사입력 2022-03-07 12:02:00

[산업일보]
실리콘 반도체의 한계를 극복할 수 있는 소재로 주목받는 2차원 소재를 잉크 형태로 만들어서 고성능·저전력 반도체 소자를 대면적으로 구현할 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다.

한국연구재단은 강주훈 교수(성균관대학교) 연구팀이 다양한 광물의 원자층 사이사이에 분자를 침투시키는 방식으로 도체, 반도체, 부도체 특성을 갖는 2차원 소재 잉크를 합성하고, 이를 기반으로 웨이퍼단위(wafer-scale)의 다양한 반도체 소자를 블럭 조립하듯이 구현할 수 있는 방식을 개발했다고 밝혔다.

2차원 소재 잉크 생산 및 조립 공정 연구 개념도 (자료:성균관대학교 강주훈 교수)

기존에는 수 나노미터 두께의 아주 얇은 2차원 소재를 얻기 위해 광물에 스카치테이프를 붙였다 떼어내는 방식이 주를 이뤘다. 하지만 균일한 박리효과를 기대할 수 없어 생산효율이 떨어지고, 형성된 2차원 소재의 면적이 수십~수백 제곱 마이크로 미터(micrometer2)에 불과한 한계가 있었다.

연구팀은 잉크 형태의 용액공정으로 얇은 2차원 소재를 균일하게 합성할 수 있는 공정을 설계했다. 이를 통해 2차원 소재를 실제 반도체 산업에 적용하는데 장애물이었던 기존 박리공정의 소요시간과 소요비용 문제를 해결했다. 또한 10센티미터(cm) 직경의 웨이퍼 위에 대면적화 하는 데 성공했다고 밝혔다.

한국연구재단은 연구진이 개발한 2차원 소재 잉크 합성법과 이를 기반으로 한 대면적 소자 제작 기술을 통해 실제 산업에서 필요로 하는 다양한 고성능 반도체 소자를 맞춤 제작할 수 있을 것으로 보이며, 복잡한 공정 없이 용액공정만으로 제작 가능하다는 점에서 의의가 있다고 평했다.

이번 기술개발은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구, 나노소재기술개발사업 등의 지원으로 수행했다.

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김원정 기자 sanup20@kidd.co.kr

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