울산대, 초정밀 반도체 공정 세밀히 제어·최적화 특성 규명

그래핀 나노채널 내 전기삼투 흐름의 계산 모델. (울산대 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 초정밀 반도체 공정을 더욱 세밀하게 제어하고 최적화할 수 있는 특성을 규명했다.

한국연구재단은 울산대 김보흥 교수 연구팀이 초정밀 반도체 공정 등에 응용이 가능한 초미세 유체의 전기장에서의 거동 특성을 규명했다고 3일 밝혔다.

초미세 유체는 분자 수십 개에서 수백 개 정도가 일렬로 나열된 폭 정도의 미세한 나노채널 구조물에서 흐르는 유체를 말한다.

여러 반도체 공정에 활용되는 나노 수준의 유동(유체 흐름)의 경우 공정의 특성에 따라 다른 형태를 보인다.

전기이중층 내부의 유동 특성을 명확하게 이해하면 나노 수준에서의 유동 제어가 가능해져 초정밀 반도체 공정을 세밀하게 제어할 수 있게 된다.

나노 유체의 유동 방식 중 많이 활용되는 미세유동의 경우 전기이중층(EDL)의 역할이 핵심이지만, 내부의 유동 특성은 아직 명확하게 이해되지 않고 있다.

이에 연구팀은 전기이중층 내부에서의 유동 특성을 원천적으로 이해하기 위해 컴퓨터 전산모사(컴퓨터로 풀어 실제 현상을 예상하거나 재현하는 것)를 활용해 분자 수준에서의 물질 확산을 포함한 거동 특성을 밝혀냈다.

미세유체의 흐름제어에서 유체는 이온의 움직임에 의해 영향을 받으며 이온은 다시 유체 분자를 따라 끌리게 된다. 이때 외부 전기장이 표면에 평행하게 적용되면 EDL 내에서 이동하는 이온에 의해 유체가 이동해 표면 전하와 관련된 전기삼투 이동이 발생하게 된다.

연구팀은 이 같은 특성을 정밀한 분자 수준의 시뮬레이션을 통해 다양한 환경에서의 결과를 더 높은 정밀도로 구현해냈다.

김보흥 울산대 기계공학부 교수. /뉴스1

김보흥 교수는 “이번 연구는 실험적으로 접근이 불가능한 영역의 연구를 컴퓨터를 활용한 전산모사를 통해 모델링한 것”이라며 “언젠가 기술의 발달로 실험적 접근이 가능해질 경우 더욱 정밀하고 복잡한 수준의 예측 모델링을 할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 국가반도체연구실지원핵심기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 나노분야의 저명한 국제학술지 '스몰'에 지난달 23일 게재됐다.

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