UNIST, 더 작고 빠른 반도체 핵심 신소재 발견

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'초저유전율 절연체' 성질 분석자료와 연구그림 (유니스트제공)© 뉴스1
(울산=뉴스1) 손연우 기자 = 울산과학기술원(UNIST)은 신현석 자연과학부 교수팀과 삼성전자 종합기술원(원장 황성우)의 신현진 전문연구원팀, 기초과학연구원(IBS)을 포함하는 국제 공동 연구진이 반도체 집적회로(Integrated Chip, IC칩)에 사용될 수 있는 '초저유전율 절연체'를 개발했다고 25일 밝혔다.

합성된 절연체를 사용할 경우 반도체 회로간 전기적 간섭을 획기적으로 줄여 '소자 미세화'가 가능하고, 메모리와 같은 반도체 칩의 작동 속도를 높일 수 있게 될 것으로 전망된다.

UNIST에 따르면 반도체 칩에 많은 데이터를 저장하고 정보처리 속도를 빠르게 하려면 칩 안에 소자 숫자가 늘어나야 하지만 더 많은 소자를 넣으려고 소자 크기를 작게 만들면 오히려 정보처리 속도가 느려질 수 있다.

반도체 내부에서 전자를 금속 배선 안에만 머무르게 만드는 '절연체'가 전자를 모으는 성질(유전율)이 있어 전자의 흐름을 방해하게 되는데, 반도체 소자가 작아지고 배선 사이 간격이 좁아지면 이러한 현상이 더 심해진다.

이때문에 반도체 소자의 집적도를 높이려면 금속 배선에서 전자 이탈은 막으면서도 유전율은 낮은 절연체가 필요하다.

이와 관련해 공동 연구팀은 기존 절연체보다 낮은 유전율을 갖는 '비정질 질화붕소(amorphous boron nitride) 소재'를 합성하고 낮은 유전율을 갖는 원인을 밝혀냈다.

이에 더해 연구팀은 '비정질 질화붕소'가 기계적 강도 또한 우수하다는 것을 입증했다.

기존에는 절연체의 유전율을 낮추기 위해 소재 안에 미세한 공기 구멍을 넣어 강도가 약해지는 등 단점이 있었지만 '비정질 질화붕소'는 물질 자체의 유전율이 낮아 이런 작업이 필요 없고 기계적 강도도 유지할 수 있다.

특히 이 물질은 전자의 이동을 막을 뿐만 아니라 금속 원자가 반도체 영역으로 침범하는 것을 막는 '금속 확산 방지막' 역할도 가능하다.

신현진 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 "이번 연구결과는 학계와 산업계의 상호협력을 통한 시너지 창출의 모범적인 사례"라고 말했다.

신현석 UNIST 교수는 "이 물질이 상용화된다면 중국의 반도체 굴기와 일본의 수출 규제 등 반도체 산업에 닥친 위기를 이겨내는 데 큰 도움이 될 것"이라며 "반도체 초격자 전략을 이어가는 데 도움이 될 소재 기술"이라고 강조했다.

syw0717@news1.kr

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