실리콘 나노선 불순물특성 첫 규명

KAIST 장기주 교수팀 획기적 집적도 반도체 구현 기대

▲KAIST 장기주 교수

KAIST 연구진팀 미래 차세대 반도체 소자 소재로 기대를 모으고 있는 실리콘 나노선의 전기 흐름과 직결된 불순물 특성을 밝혀냈다.

KAIST 물리학과 장기주(59ㆍ사진) 특훈교수팀이 산화 처리된 실리콘 나노선에서 전기를 흐르게 하기 위해 첨가한 불순물 붕소(B), 인(P) 등의 움직임과 비활성화를 일으키는 메커니즘을 세계 최초로 규명, 획기적인 집적도를 가진 반도체를 구현할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

장 교수팀은 이번 연구에서 양자 시뮬레이션 이론을 고안해 실제와 매우 가까운 코어-쉘 원자 모델을 만들었다.

연구팀은 이를 통해 실리콘 코어 내부에 첨가된 붕소 불순물이 산화 과정에서 코어를 싸고 있는 산화물 껍질로 쉽게 빠져나가는 원인을 세계 최초로 규명하는 데 성공했다.

또 장 교수는 인 불순물이 산화물로 빠져나가지 못하지만 서로 전기적으로 비활성화된 쌍을 이뤄 정공(Positive Hole)이 생기는 효율을 감소시킨다는 사실도 밝혀냈다.

장기주 교수는 “이번 연구방법은 실리콘과 산화물 사이의 코어-쉘 나노선 모델을 구현하는 이론 연구의 기본 모형으로 받아질 것”이라며 “10㎚급 수준의 소자 연구에서 실리콘 채널을 산화물로 둘러싼 3차원 원자구조를 구현해 소자 특성을 밝히는 데 커다란 도움이 될 것이다”고 연구의의를 밝혔다.

장기주 교수가 주도하고 김성현 박사과정 학생(제1저자)과 박지상 박사과정 학생(제 2저자)이 참여한 이번 연구는 나노과학분야 국제 학술지인 '나노 레터스(Nano Letters)' 온라인 판에 게재됐다.

권은남 기자