DGIST, 차세대 반도체 핵심기술 개발

왼쪽부터 DGIST 정보통신융합 전공 양재훈 박사과정, 장재은 교수. DGIST 제공

대구경북과학기술원(DGIST) 정보통신융합 전공 장재은 교수팀이 초고주파 영역에서 기존의 금속을 이용한 경우보다 전자의 이동속도가 더욱 향상된 그래핀 기반의 고성능 전송 선로를 개발했다. 이는 기존보다 처리속도가 매우 향상된 차세대 고속 반도체 및 통신 소자에 크게 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구결과는 매우 향상된 초고주파 전송 특성을 보여줌으로써, 기존 고속 반도체 공정에 사용되는 금속을 대체할 만한 결과를 보였으며 향후 그래핀의 전송 선로로서의 활용 가능성이 기대된다.

최근 반도체 소자의 고집적화와 고속화로 인해 소자들 간의 신호가 전송되는 금속 배선의 저항이 기하급수적으로 증가하며 허용할 수 있는 전류 밀도가 한계에 다다르는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 기존의 금속 물질의 대체재로 여겨지는 그래핀, 탄소나노튜브와 같은 탄소 기반의 나노 구조체들이 차세대 신소재로 주목받고 있다.

그래핀은 탄소 원자가 육각 배열로 이루어져 0.3 nm의 매우 얇은 두께를 갖고 있으며 구리보다 100배 이상의 전기전도도, 실리콘보다 100 이상의 빠른 전자 이동도를 갖고 있어 기존의 금속, 반도체 물질을 대체할 수 있는 전자 재료로 거론된다.

하지만 순수한 그래핀은 약 1012cm-2정도의 매우 낮은 전하 농도를 지니고 있으며, 수 나노미터 두께의 매우 얇은 구조 특성을 갖고 있어 그래핀의 기본 저항이 너무 높다는 문제가 있다.

장재은 교수팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 그래핀 내의 전하 농도를 조절하여 그래핀의 초고주파수 전송 특성을 향상하는 연구를 진행했다.

장재은 교수는 "소자 기술과 더불어 반도체 연구 분야에서 전송 선로는 매우 중요한 기술이다. 우리는 차세대 전송 선로로 활용될 수 있는 그래핀의 고주파 전송 특성을 향상할 수 있는 핵심기반기술을 개발했다"고 말했다.

이번 연구 결과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 기초연구사업의 지원으로 수행됐다. 재료 분야의 세계적 국제학술지인 'Advanced Functional Materials'의 표지논문으로 선정됐다.