KAIST, 화학물질 없이 식각 가능한 반도체 기술 첫 개발

제네바대학교와 공동연구, 비대칭 강유전체 마멸현상 최초 규명

나노스케일 식각으로 구조체 제작, 나노패터닝 신기술 개발

화학물질 및 고가 장비없애, 대면적 나노구조 제작 가능

[대전=뉴시스] 비대칭 트라이볼로지를 이용한 새로은 패터닝 기술.(사진=KAIST 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 차세대 반도체의 핵심 소자인 강유전체를 화학물질없이 식각할 수 있는 기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.

KAIST는 신소재공학과 홍승범 교수가 제네바대학교와 국제공동연구를 통해 강유전체 표면의 비대칭 마멸현상을 세계 최초로 규명하고 이를 활용해 신개념의 나노 패터닝 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

마멸은 물체표면의 재료가 점진적으로 손실 또는 제거되는 현상이며 나노 패터닝 기술은 나노스케일로 소재의 표면에 정밀한 패턴을 생성, 다양한 첨단기술 분야에서 제품성능을 향상시키는데 사용되는 기술이다.

이번에 연구팀은 강유전체 소재의 표면특성 연구에 집중, 원자간력현미경을 활용해 다양한 강유전체의 트라이볼로지(Tribology·마찰 및 마모) 현상을 관찰했다.

이를 통해 강유전체의 전기적인 분극방향에 따라 마찰되거나 마모되는 특성이 다르다는 것을 세계 최초로 발견하고 분극방향에 따라 달라지는 트라이볼로지의 원인으로 변전효과(Flexoelectric effect·물질이 휘어졌을 때 분극이 발생하는 현상)에 대한 확인에 나섰다.

연구 결과, 강유전체의 트라이볼로지 특성이 나노단위에서 강한 응력이 가해질 때 발생하는 변전효과로 인해 강유전체 내부의 분극방향에 따른 상호작용으로 트라이볼로지 특성이 바뀌는게 밝혀졌다.

이어 연구진은 이런 새로운 강유전체 트라이볼로지 현상을 소재의 나노 패터닝에 응용했다.

이 패터닝 방식은 기존 반도체 패터닝 방식과 달리 화학물질 및 고비용의 리소그래피 장비가 필요하지 않고 기존 공정 대비 매우 빠르게 나노구조를 제작할 수 있는 장점이 있다.

스위스, 스페인 연구진과의 국제공동연구를 통해 수행된 이번 연구 성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 지난 1월 9일자로 출판됐다.(논문명: Switchable tribology of ferroelectrics)

제1 저자인 조성우 박사는 "이번 연구는 세계 최초로 강유전체 비대칭 트라이볼로지를 관찰하고 규명한 데 의의가 있다"고 밝혔고 공동교신저자인 제네바대학교 파루치(Paruch) 교수는 "변전효과를 통해 강유전체의 도메인이 분극방향에 따라 서로 다른 표면특성을 나타내는 것을 활용하면 다양하고 유용한 기술들을 개발할 수 있을 것"이라고 강조했다.

연구를 이끈 홍승범 교수는 "개발된 패터닝 기술은 기존 반도체 공정에서 쓰이는 패터닝 공정과 달리 화학물질을 사용하지 않고 매우 낮은 비용으로 대면적 나노구조를 만들 수 있다"며 "산업적으로 활용될 수 있는 잠재력을 크다"고 말했다.


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