3차원 적층형 반도체소자 개발..KAIST, 잡음제거 고출력 구현

김상현 KAIST 교수 연구팀은 실리콘 CMOS 기판 위에 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 소자를 집적시켜 잡음 등 기존 통신 소자의 단점을 극복하는 '3차원 적층형 화합물 반도체 소자 집적기술'을 개발했다. KAIST 제공

KAIST는 김상현 교수 연구팀이 김종민 한국나노기술원 박사, 장재형 광주과학기술원(GIST) 교수 연구팀과 공동으로 모놀리식 3차원 집적의 장점을 살리고 기존 통신소자의 단점을 극복한 '3차원 적층형 화합물 반도체 소자'를 개발했다고 14일 밝혔다.

모놀리식 3차원 집적은 하부 소자 공정 후, 상부의 박막층을 형성하고, 상부 소자 공정을 순차적으로 진행해 상하부 소자 간 정렬도를 극대화한 기술이다. 반도체 소자는 초연결성을 구현하는 핵심 통신 소재·부품으로 주목받고 있지만, 신호전달 과정에서 신호가 약해지거나, 잡음이 생겨 신호에 왜곡이 생긴다. 이를 위해 증폭 소자가 필요한데, 복잡해진 시스템을 구성하기 위한 고집적 소자 제작 기술이 요구된다.

현재의 통신 소자는 물성 한계로 성능 향상이 어렵고, 복잡한 신호 간섭에 의한 잡음 증가, 다른 부품과의 복잡한 집적·패키지 공정 등의 이유로 성능과 집적에 한계가 있다.

연구팀은 실리콘 CMOS 기판 위에 아날로그 신호 증폭 성능이 매우 우수한 'Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체'(HEMT)를 3차원으로 집적한 공정과 소자 구조를 제시했다. 같은 기판 위에 3층으로 소자를 쌓아 올려 집적한 것으로, 기판 신호 간섭에 의한 잡음을 제거할 수 있다고 연구팀은 설명했다.