입자빔으로 반도체 성능 2.5배 향상

입자빔 기술을 활용해 상용 반도체 기판에서 전하 이동도를 높이는 기술 개발 연구에 참여한 연구진들 모습. <한국원자력연구원 제공>

입자빔 주입으로 반도체 소자의 전하 이동도 및 밀도가 향상됐다. <한국원자력연구원 제공>

한국원자력연구원 양성자과학연구단이 입자빔 기술을 활용해 상용 반도체 기판에서 전하 이동도를 높이는 기술 개발에 성공했다고 10일 밝혔다. 이 기술은 값비싼 소재 변경 없이 반도체 성능을 획기적으로 개선할 수 있어 디스플레이와 태양전지 등 다양한 산업에서 활용될 것으로 기대된다.

연구팀은 실리콘 기판에 질소 입자빔을 주입해 전하 이동도를 기존 대비 최대 2.5배까지 높였다. 이 기술은 실리콘 산화절연막을 입자빔으로 부풀려 반도체 박막을 당기는 힘을 생성, 이동도를 개선하는 방식이다. 또한, 입자빔 주입 과정에서 산화아연 박막의 산소 결함이 증가해 전하 밀도도 최대 6배 상승하는 효과를 확인했다.

입자빔을 활용한 이 기술은 범용 기판 소재인 산화알루미늄 절연막에도 적용 가능성이 입증됐다. 전산 시뮬레이션을 통해 입자빔 조건과 제약사항을 도출하며 기술 활용성을 높였고, 디스플레이 및 태양전지 산업에 바로 적용이 가능할 것으로 예상된다. 이번 연구는 한국기초과학지원연구원과 대구경북과학기술원(DGIST)과의 공동 연구로 진행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 게재됐다.

이재상 양성자과학연구단장은 "이번 연구는 방사선 기술로 반도체 성능 향상의 한계를 극복한 사례"라며 "핵심 시설을 활용해 국가전략산업 발전에 기여하겠다"고 밝혔다.

장성재기자 blowpaper@yeongnam.com

장성재

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