[과학을 읽다]초저전력 반도체 나온다

KIST 연구팀, 3차원 적층 기술 개발

▲실리콘 상 III-V족 화합물 반도체 층 제조 공정 모식도.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자] 초저전력 반도체가 개발됐습니다. 가전제품이나 휴대폰 등 기기의 소형화가 진행됨에 따라 반도체의 크기도 작아졌습니다. 현재 주로 사용되고 있는 실리콘 반도체의 경우 작은 면적에 더 많은 소자를 넣기 위해 물리적 한계로 여겨지는 10nm(1nm는 10억분의1m) 크기 수준으로 작아졌습니다.

구조도 2차원 평면형에서 3차원 입체형으로 전환되고 있습니다. 소자 집적도가 높아짐에 따라 소자간 간섭현상과 발열 문제가 해결해야 할 과제로 남아있습니다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 차세대반도체연구소 김상현, 김형준 박사팀은 국민대학교 김동명 교수연구팀과의 공동연구로 기존의 실리콘 위에 III-V족 화합물 반도체를 3차원으로 적층하는 기술을 개발했습니다. 기존 반도체보다 훨씬 빠르고 전력 소비가 매우 적어 발열문제를 해결한 고성능 반도체 소자를 내놓았습니다.

김상현 박사팀은 기존 소자의 발열문제를 해결하기 위해서 전력소비를 낮추는 것에 집중했습니다. 전자의 이동속도가 빠를수록 전력소비가 낮아지고 전력소비가 낮아질수록 발열량이 낮아집니다.

차세대 반도체로 각광받고 있는 III-V족 화합물 반도체는 기존의 실리콘 반도체보다 높은 전자 이동도를 보입니다. 소비전력도 적어 고성능 핵심소재로 인식되고 있습니다. 제조공정이 비싼 단점이 있어 군사, 통신 등 특수 분야에 한정적으로 이용되고 있는 실정입니다.

미국, 일본 등 선진연구수준과는 달리 우리나라의 경우 실리콘 반도체에 집중해 상대적으로 III-V족 화합물 반도체에 대한 연구가 취약합니다. 연구팀이 개발한 기술은 실리콘 기판 위 전자가 이동하는 반도체 채널 부분에 III-V족 화합물 반도체인 인듐갈륨비소(InGaAs)를 얇고 균일하게 형성해 효과적이고 저비용의 III-V족 화합물 반도체 소자를 제작할 수 있는 공정입니다. 산업계에서 응용가능성이 매우 높을 것으로 기대하고 있습니다.

'III-V족 화합물 반도체'란 주기율표 III족 원소와 V족 원소가 화합물을 이루고 있는 반도체 물질을 말합니다.

김상현 박사는 "이번 연구를 통해 단순히 실리콘 상에서 III-V족 화합물 반도체를 형성하는 데에 그치는 것이 아니라 3차원으로 여러 층을 적층해 집적도가 향상된 다기능 소자를 실현하는 것이 기대된다"고 설명했습니다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr