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나노스케일 반도체 XoY - 공정, 소자, 응용

전문가 제언: ○ 반도체 소자의 미세화, 고집적화는 제조비용의 증가 및 물리적, 기술적 한계에 직면하게 되었다. 또한 실리콘만으로는 소자의 고성능화나 다기능화, 유연화 등에 제한이 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 화합물 반도체나 나노와이어, 탄소나노튜브 등과 같이 유사성이 없는 재료를 이용한 이종집적에 대한 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다.

○ Ⅲ-V 화합물반도체는 전기·광학적 특성이 Si, Ge 등 단체의 반도체와는 많이 다르며 홀 소자, 자기저항소자, 레이저 다이오드, 발광 다이오드, 광센서 등에 응용된다. 나노와이어는 Si, SnO2, GaN, ZnO 등의 소재로 된 수 나노미터 두께의 선으로, 일반 전자분야는 물론 의료·환경 등 다양한 분야의 소자에 적용할 수 있다.

○ 2006년에 포스텍 출신의 안종현 박사는 플라스틱 기판 위에 Si, GaN, GaAs, 탄소나노튜브 등을 집적시킨 유연한 이종집적 전자소자를 개발했다. 광주과학기술원은 2007년 세계 최초로 저가의 실리콘 기판 위에 GaAs 나노와이어를 성장시키는 기술을 개발하고, 2008년에 폴리머 유전체를 사용해 플라스틱 기판 위에 ZnO와 In2O3 두 종류의 나노와이어 FET를 제작하는 기술을 개발했다.

○ 광주과학기술원은 2009년에는 영국 캠브리지 대학과 공동연구를 통해 n형 반도체인 ZnO 나노와이어와 p형 반도체인 탄소나노튜브를 이용한 ‘혼합형 상보성 나노소자 논리회로’를 개발했다. KAIST는 2011년 국제공동연구를 통해 나노 크기의 공간에서 전기제어와 온도차를 이용해 나노분자를 제어하는 원천기술을 개발했다.

○ 실리콘 기반의 반도체는 22nm까지 개발되었으며, 3차원 트랜지스터나 극자외선 리소그래피 등을 활용하여 집적도를 높이는 노력이 계속되고 있다. 학계나 산업계에서는 7nm 이하에서 나노와이어가 도입되고, 5nm 이하부터는 그래핀과 같은 혁신적인 재료만이 해결책이 될 것으로 보고 있다. 관련 학계의 연구가 차세대 전자소자의 조기 실현으로 이어질 수 있기를 기대한다.

저자: Morten Madsen et al.
자료유형: 학술정보