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미래 나노 전자 공학을 향한 High-k/Ge MOSFET

전문가 제언: ○ 과거 실리콘 트랜지스터는 실리콘 모재에 산화실리콘 절연체를 거친 다 결정질 실리콘을 게이트로 하는 구조로 되어 있었는데 집적도를 높이기 위해 크기가 축소되었고, 절연체의 두께가 1.2nm까지 작아지면서 게이트 누설전류가 커지는 문제가 대두되었다. 이런 문제를 해결하기 위하여 high-k 절연체가 등장하여 절연체의 두께를 크게 할 수 있어서 누설전류 문제를 해결했지만 작동속도가 늦어지는 문제가 있었고 또 그 것을 해결하기 위하여 게이트를 금속으로 하는 방식이 등장하였다. high-k 절연막 소재와 금속 게이트 기법으로 소자 축소화는 45nm를 거쳐 32nm에 접어들었으며 앞으로 22nm와 16nm도 검토하고 있다.

○ 반도체 역사에 맨 먼저 등장했지만 GeO2가 용해성이라는 문제로 인하여 일찍 검토 대상에서 사라진 바 있는 게르마늄이 high-k 소재 응용 기술의 발전으로 실리콘 모재의 단점을 보완할 대안으로 다시 등장하게 되었다.

○ Ge에서는 캐리어의 실효질량(Effective Mass)이 작고 이동도(Mobility)가 높다. Si와 비교하면 전자의 이동도는 2.6배, 정공의 이동도는 4.2배 정도이다. Si와 high-k 소재의 접합이 어려웠던 것과 같이 Ge와 high-k 소재의 접합도 어려운 과제지만 차츰 해결되고 있다.

○ Ge는 Si에 비해 고가이며 아직은 기술적인 문제가 남아 있다. 기술적인 문제로서 Si에 비해 Ge에서 해결해야 할 과제는 밴드 갭이 낮은 것(Ge는 0.66eV, Si는 1.12eV)과, 용융점이 낮다는 것(Ge는 937°C, Si는 1,412°C)에서 파생되는 각종 문제다.

○ 국내에서도 학계, 연구소 및 산업계에서 연구가 수행되고 있긴 하지만 괄목할 만한 성과가 아직 가시화되지 않고 있다. 국제화 시대에 낙후되지 않으려면 사계의 분발을 요한다.

저자: Kamata, Yoshiki
자료유형: 학술정보