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나노스케일 반도체 구조에서 준탄도 전자수송

전문가 제언: ○ 반도체소자는 점점 더 작은 소자로 개발이 진행되고 있다. 소위 스케일링법칙(미세화법칙)이 적용되어 왔다. 특히 전자하나로 구성되는 소자인 단일전자소자는 컴퓨터를 비롯한 많은 전자기기나 가전제품에 더욱 미세화된 사이이즈로 고성능을 제공해 줄 것이라는 기대를 가지게 하였다.

○ 그러나 채널의 길이가 십 나노미터 이하로 되는 작은 나노 스케일 반도체가 되면, 기존의 미세화에서 보이지 않던 특성이 나타나고, 미세화에 한계를 보이는 즉, 스케일링법칙의 한계가 나타나기 시작한다. 그러므로 기존부터 연구해온 미세화를 위한 한계 타파의 도전을 위해서는 미세반도체구조 전자수송 메커니즘의 규명이 더욱 중요하게 되었다.

○ 표면 초미세구조는 형성된 이종원자와 기판사이의 강한 상호작용과 시스템의 저차원성 때문에 원래의 벌크 물질과는 완전히 다른 특이한 원자구조와 전자상태를 나타낸다. 일본에서는 이러한 표면 초미세구조 중에서 특히 일차원적 성장을 가진 원자스케일의 나노 와이어 구조에 대하여 전자수송특성을 규명하였다. 우리나라의 한 기업(삼성전자)도 나노 원자를 이용한 나노 스케일의 반도체 제조방법을 개발하였다.

○ 이 글에서는 수송방정식을 기초로 하여 최근에 검토되고 있는 결과를 중심으로 하여 미세 디바이스에서 전자수송의 물리적 고찰에 대해 설명하고 있다. 디바이스 사이즈가 전자의 평균자유행정보다 충분히 짧은 나노스케일 디바이스도 전자 수송은 탄도 수송에서 나타나는 물리적 현상과는 다르다.

○ 디바이스가 전자 평균자유행정보다 짧은 나노 스케일 디바이스의 전자수송은 채널의 영역에 형성되는 경계층에서의 확산적 수송이 함께 존재하는 혼재 준 탄도 수송이 되는 것을 알았다. 향후 이러한 나노 스케일 반도체의 메커니즘과 물리적 현상의 규명을 통해 반도체 구조에 대한 연구와 활용이 꾸준히 이루어지길 바라는 바이다.

저자: Nobuyuki SANO
자료유형: 학술정보