KAIST 연구진, 저온 공정으로 차세대 반도체 소재 정렬 성장 기술 개발

한국과학기술원(KAIST) 연구팀이 낮은 온도에서도 차세대 반도체 소재를 정렬해 쌓을 수 있는 새로운 제조 기술을 개발했다. 서준기 생명화학공학과 교수 연구팀은 한양대 송봉근 교수, 미국 라이스대 이모 한 교수 연구팀과 공동으로 150도에서 텔루륨 박막을 반데르발스 소재 위에 정렬해 성장시키는 '확산 유도형 에피택셜 원자층증착법'을 개발했다고 27일 밝혔다. 이 연구 결과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에 게재됐다.

반데르발스 소재는 원자층 여러 장이 약한 힘으로 결합해 종이처럼 얇게 떼어낼 수 있는 2차원 반도체 소재다. 기존에는 공정 온도를 낮추면 원자들이 불규칙하게 성장해 고성능 반도체 제작이 어려웠다. 연구팀은 반데르발스 표면을 단순한 기판이 아닌 전구체의 이동을 조절하는 '틀'로 활용해 이 문제를 해결했다. 이렇게 성장시킨 박막으로 트랜지스터와 광전자소자를 직접 제작해 전기적·광학적 성능을 확인했으며, 실제 반도체 공정에 활용될 가능성을 입증했다.

이번 기술은 차세대 인공지능(AI) 및 저전력 반도체의 핵심 소재로 주목받는 반데르발스 소재를 손상시키지 않으면서 고품질 반도체를 성장시킬 수 있는 방법을 제시했다. 서준기 교수는 “낮은 온도에서도 반데르발스 소재를 손상하지 않고 고품질 반도체를 성장시킬 수 있음을 보여준 성과”라고 설명했다. 연구팀은 이 기술이 다양한 차세대 반도체를 하나의 칩에 집적하는 핵심 제조기술로 활용될 것으로 기대하고 있다.

서 교수는 “다양한 차세대 반도체를 하나의 칩에 집적하는 핵심 제조기술로 활용될 것”이라고 말했다. 이번 연구는 저온 공정에서도 반데르발스 소재의 특성을 유지하면서 고품질 박막을 성장시킬 수 있는 길을 열었다는 점에서 의미가 크다. 향후 AI 반도체와 저전력 반도체 분야에서 이 기술이 실제 제품 개발에 적용될지 주목된다.