세종대 홍영준 교수, 신개념 반도체 제조기술 원리 규명

서울대 장소연, 성균관대 김동환, 코넬대 데렐 쉴롬, MIT 김지환 공동 연구
화학결합 하지 않고 그래픽 적층해 결함 보완

원격 에피에 의한 수 nm크기의 초기 핵생성 직후의 에피층의 단면 투과전자현미경 사진(왼쪽), 미세결함이 인위적으로 패턴된 다층 그래핀 상에 성장된 반도체층으로 측면성장된 영역에서는 다결정 특성을 보여주는 투과전자현미경 사진. (사진=세종대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]이주영 인턴 기자 = 세종대 나노신소재공학과 홍영준 교수, 서울대학교 장소연 교수, 성균관대 김동환 교수가 미국 코넬대 데렐 쉴롬(Darrell Schlom) 교수, MIT 김지환 교수와 공동연구를 통해 성장 후 기판에서 쉽게 분리가 가능한 반도체 원격 에피성장 기술의 원리를 규명했다고 31일 전했다.

이 연구는 화학결합을 하지 않는 신개념 반도체 에피제조기술의 원리를 규명했다는 점을 인정받아 미국과학진흥회(American Association for the Advancement of Science)에서 발간하는 융합학술저널 'Science Advances'에 지난 20일 게재됐다. 논문의 제목은 'Remote epitaxial interaction through graphene'이다.

연구진은 그래핀을 한층 한층 적층해 미세 결함을 보완하는 방식으로 원격 에피택시가 가능함을 밝혔다. 또한 동일한 품질의 그래핀이 코팅된 다양한 기판에서 성장 온도를 조절하면 원격 에피택시의 핵생성 밀도가 변화한다는 실험을 통해 미세결함이 아닌 기판과 원격 에피 상호작용이 실재함을 입증했다.

원격 에피성장 기술은 그래핀과 같은 이차원 물질이 코팅돼 있는 기판을 사용해 기판과의 화합결합 없이 기판과 동일한 결정방향과 구조의 단결정 반도체 에피층을 제조하는 방법이다. 이 기술은 2017년 미국 MIT 연구진에 의해 처음으로 개발됐다. 기판에서 반도체 에피층을 간편하게 분리할 수 있어 다양한 물질의 에피층을 수직으로 쌓아 다기능 초정밀 광·전자 집적회로 제작이 가능하다는 점에서 주목받았다.

연구팀은 원격 에피성장 초기단계의 수 나노미터 크기의 에피결정을 투과전자현미경으로 관찰해 미세결함이 전혀 없는 그래핀 영역에서도 원격 에피성장을 위한 핵생성이 시작되고 에피층으로 성장되는 것을 확인했다. 또한 규칙적인 미세결함 패턴이 형성된 다층그래핀 기판을 활용해 미세결함을 통한 측면성장 에피택시법으로는 단결정 에피층 성장이 불가능함을 입증했다.

이번 연구는 교육부의 기초과학연구역량강화사업과 과학기술정보통신부의 나노및소재기술개발사업, 보건복지부의 보전의료기술연구개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 금속유기화합물 첨단소재응용 핵심연구지원센터의 유기금속화학기상증착 장비가 활용됐다.

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