염한웅 연세대 교수(물리학과)팀이 전자회로 선 폭이 1나노미터(㎚=10억분의1ｍ)에 불과한 실리콘 반도체소자를 제작할 수 있는 나노선 도핑기술을 세계 최초로 개발, 차세대 반도체소자개발 경쟁에서 유리한 위치를 선점했다.

교육과학기술부와 한국과학재단은 2일 염 교수팀이 현재의 초고직접 실리콘 반도체소자의 금속배선보다 선폭이 50분의 1(1나노미터)에 불과한 금속 나노선을 실리콘 기판 위에 성장시키고, 이를 소자에 응용하기 위한 핵심기술인 불순물에 의한 도핑기술을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다.

교과부의 ‘창의적연구진흥사업’으로 수행된 이번 연구성과는 지난 2월 말 베를린에서 열린 독일물리학회 특별심포지엄의 초청강연에서 발표됐으며, 물리학분야 권위지인 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)지 3월 28일자에 게재된 데 이어 4월 9일자에도 연속 게재될 예정이다.





실리콘 기판 위에 한 방향으로 성장시킨 금 나노선(원자선)의 현미경 사진. 노란색 부분이 금원가 2열로 정렬된 나노선 부분이며 그 위에 파랗게 돌출된 점들이 도핑된 개개의 실리콘 불순물 원자이다.

실리콘기판에 넓이가 1~2나노미터 크기의 나노선을 만드는 기술은 1999년 염 교수팀과 스위스 바젤대학의 베어(Baer) 교수 연구진에 의해 각각 개발돼 10여년간 물리학계의 큰 관심을 끌었지만 물성 조절을 위한 도핑기술이 없어 소자로 응용되지 못하고 있다.

반도체소자에서 회로의 폭을 줄이는 것은 반도체소자 소형화를 위해 꼭 필요하지만 1나노미터 넓이의 원자선을 반도체 소자 회로에 이용하려면 여기에 불순물을 첨가하고 농도를 조절해 전기적 성질을 조절할 수 있는 기술이 필요하다.

염 교수는 이번 연구에서 실리콘기판 위에 금 원자를 2열로 정렬해 폭 1나노미터의 나노선을 만들고 그 위에 실리콘 원자를 첨가하고 농도를 조절할 수 있는 기술을 개발했으며 실제로 이 방법으로 나노선의 전기적 특성을 조절할 수 있음을 증명했다.

염 교수는 “이번 기술개발로 실리콘 반도체소자의 직접도를 획기적으로 높일 수 있을 것”이라며 “미래형 나노 소자에 중요한 기초원천기술로써 우리나라가 차세대 반도체소자개발 경쟁에서 유리한 위치를 선점하는 데 큰 도움이 될 수 있을 것”이라고 설명했다.