네이처 커뮤니케이션스, 포스텍 손준우·최시영 교수팀 연구 성과 게재
반도체 미세화 따른 발열 문제 해결 가능 소재 개발

삼성전자는 25일 ‘삼성미래기술육성사업’이 지원하는 국내 대학 연구팀의 차세대 반도체 소재 연구가 국제 학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 게재됐다고 밝혔다.

이날 삼성전자에 따르면 포스텍 신소재공학과 손준우·최시영 교수 연구팀은 반도체 미세화에 따라 점차 중요성이 커지고 있는 열 문제 해결을 위한 차세대 소재 기술을 개발했다.

해당 연구팀은 2017년 7월 삼성미래기술육성사업 연구과제로 선정돼 3년간 지원을 받았다. 한국연구재단 기초연구실의 지원도 받았다.

연구 결과는 고집적 반도체용으로 사용할 수 있는 새로운 소재를 개발한 성과로 인정받아 지난 18일(영국 현지시간) ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 게재됐다.

반도체 분야의 기술 혁신은 미세화를 통한 트랜지스터 회로의 집적도를 높이는 방향으로 진행돼 왔다. 집적도가 커질수록 소비 전력은 줄고 동작 속도는 빨라지지만, 열에 의한 오작동 등 새로운 문제가 발생할 가능성도 커지고 있다.

문제 해결 방법은 트랜지스터의 구동 전압을 낮추고, 기존의 실리콘을 대체하는 신규 소재를 개발하거나 실리콘과 신규 소재를 접합하는 것이다. 대표적인 신규 소재가 상전이(相轉移) 산화물 반도체다.

연구팀은 상전이 산화물 반도체의 일종인 단결정 산화바나듐이 기존 실리콘 대비 전류를 흘릴 때 필요한 전압이 낮아 발열이 덜 되는 성질에 주목해, 단결정 산화바나듐을 실리콘 웨이퍼 위에 적층할 수 있는 기술을 개발했다.

웨이퍼에 직접 적층 성장할 경우 발생할 수 있는 전기적인 결함도, 산화티타늄을 우선 적층한 후 그 위에서 산화바나듐을 단결정 상태로 성장시켜 해결했다.

손준우 교수는 “이번 연구를 통해 차세대 소재로 주목받고 있는 단결정 상전이 산화물의 우수한 특성을 기존 실리콘 반도체 소재에 적용할 수 있게 됐다”며 “초저전력 초고밀도 메모리 등 기존 한계를 극복할 수 있는 차세대 반도체 소자 개발을 위해 노력하겠다”고 말했다.

한편 삼성미래기술육성사업은 우리나라의 미래를 책임질 과학기술 육성·지원을 목표로 삼성전자가 2013년부터 1조5000억원을 출연해 시행하고 있는 연구 지원 공익사업이다. 삼성미래기술육성사업은 지금까지 682개 과제에 8865억원을 지원했다. 국제학술지에 총 2130건의 논문이 게재되는 등 활발한 성과를 보이고 있다. 이 중 네이처(7건), 사이언스(7건), 셀(1건) 등 최상위 국제 학술지에 소개된 논문도 189건에 달한다.

우주성 기자 wjsburn@viva100.com