국내 연구진 세계 최초로…반도체 강국 명성 드높여

국내 연구진이 차세대 나노반도체 상용화에 기여할 수 있는 핵심 기술을 개발하는 데 성공했다.

지난 10년간 나노기술 분야에서 풀리지 않는 숙제로만 여겨지던 '반도체 나노결정 도핑 기술'이 국내 연구진에 의해 처음 개발된 것.

이 기술은 우리나라가 차세대 나노 반도체 공정 기술을 주도해 반도체 기술 강국으로서의 명성을 이어나갈 수 있는 길을 열었다는 평가다.

⊙ 반도체 산업의 핵심인 도핑 공정 지난 16일 현택환 서울대 화학생물공학부 교수와 박사과정의 유정호 연구원은 반도체 결정 핵이 만들어지는 과정에서 나노미터(㎚，10억분의 1m) 단위의 도핑(doping)을 할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다고 발표했다.

이 연구 결과는 나노 분야의 세계적인 권위지인 '네이처 머터리얼스(Nature Materials)' 인터넷판에 게재됐다.

지난 10년간 전 세계적으로 나노기술 개발 경쟁이 치열하게 이루어지고 있다.

이런 가운데 반도체 나노 결정과 관련된 제조공정，LED(발광다이오드)，태양전지，메모리 소자 등 다양한 분야의 산업화와 관련된 연구가 진행돼왔다.

반도체 나노결정은 카드뮴 셀레나이드(CdSe) 자성반도체(스핀트로닉스)를 만드는 주 재료다.

그러나 반도체 나노결정 도핑 기술은 나노결정이라는 매우 작은 크기와 안정성 등으로 인해 학계에서는 도핑이 매우 어렵다고 인식되어 왔으며 기존에 보고된 도핑 효율도 1%에 지나지 않았다.

도핑이란 불순물을 의도적으로 주입해 물질의 전기적，광학적，자기적 성질을 조절하는 것을 말한다.

실리콘과 같은 물질에 인이나 붕소 등을 도핑해 전기 전도도를 획기적으로 향상시키고 전도성이 뛰어난 반도체로 만들어주는 공정이 가장 잘 알려져 있다.

이같이 도핑은 반도체 산업의 핵심 기반공정이라고 할 수 있다.

또한 디스플레이에 사용되는 형광체는 산화물에 금속이온이 도핑된 것을 말한다.

자기장을 이용해 전자와 그 전자의 스핀 방향을 원하는 대로 제어하는 기술을 이용하는 D램(DRAM · Dynamic Random Access Memory)을 대체한 차세대 메모리기술인 스핀트로닉스(자성반도체 · 전자가 핵을 중심으로 자전하는 방향에 따라 신호를 형성하는 원리를 이용한 신기술) 소자에서 금속 이온을 반도체에 도핑하는 기술이 매우 중요하게 인식되고 있다.

⊙ 휘어지는 초소용 전자제품 만들 수 있는 도핑기술 개발

현택환 교수 연구팀은 '반도체(카드뮴 셀레나이드 · CdSe)' 나노결정 성장 과정 중에서 나노입자보다 더 작은 '핵' 형성 과정을 화학적으로 제어하면 망간 이온으로 반도체 나노결정을 10% 이상 더 효율적으로 많이 도핑할 수 있다는 새로운 사실을 발견했다.

연구진은 카드뮴과 셀레늄 원자들이 수십 개 모여 있는 반도체 결정 핵에서 카드뮴 한두 개를 망간 원자로 바꾸는 데 성공했다.

이렇게 만든 핵은 자기들끼리 달라붙어 두께가 수 나노미터인 판을 만들었다.