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'웨이퍼 없이' 반도체 만드는 획기적 신기술 개발

기사입력 : 2018년10월25일 13:22

최종수정 : 2018년10월25일 13:22

금오공과대 강봉철 교수, 친환경·저비용 반도체 제조기술 개발
“실리콘 나노 결정에 레이저 쏘면 응집돼 반도체 제조”
상향식(Bottom-up) 방식으로 공정 패러다임 전환
화학물질 공정 필요없어 ‘친환경 반도체’ 구현

[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 국내 연구진이 반도체를 만드는 패러다임을 바꾸는 획기적 기술을 개발했다. 

기존에는 큰 스케일의 실리콘 웨이퍼를 다단계의 공정을 통해 미세하게 나누고 분리시켜서 반도체를 만드는 하향식(Top-down) 제조 방식이었다. 이번 기술은 작은 스케일의 실리콘 나노 결정에서부터 이를 모으고 뭉쳐서 미세한 반도체를 만드는, 이른바 상향식(Bottom-up) 방식으로 공정 패러다임을 뒤바꾼 것이다.

25일 한국연구재단에 따르면 금오공과대 기계시스템공학과 강봉철 교수 연구팀은 복잡한 다단계 공정 없이 일상적 환경에서 단일 공정으로 고성능 반도체를 제조할 수 있는 새로운 친환경·저비용 실리콘 기반 반도체 제조 공정을 개발했다. 

(그림1) 그랜드 캐니언(Grand Canyon)과 나노 캐니언(Nano Canyon) 이미지 : 그랜드 캐니언을 1조 배 이상 면적을 축소한 나노 스케일의 실리콘 나노 캐니언의 실제 형상. [자료=한국연구재단]

연국결과는 미국화학회가 발행하는 재료 분야 국제학술지 ‘ACS AMI(Applied Materials and Interfaces)’에 24일자 주요 논문으로 실렸다. 

실리콘은 반도체의 핵심 소재이지만, 실리콘을 반도체로 사용하기 위해서는 정제, 도핑, 진공증착, 에칭, 표면 처리와 같은 까다롭고 복잡한 화학 공정을 거쳐야 한다. 이 때문에 설비 구축에 많은 비용이 들고 에너지 소모가 큰 데다 유독 화학물질 사용으로 인명사고와 환경오염의 위험에 노출돼 있다. 

이에 연구팀은 웨이퍼 활용으로 대표되는 화학적 부식 과정과 복잡한 다단계의 진공·미세화 공정 없이 실리콘 막을 제조하기 위해 실리콘 나노결정 용액에 레이저를 쬐어 일반적 대기환경에서 단일 공정으로 광 반응성이 우수한 광전자 소자용 블랙 실리콘 반도체를 제조하는 데 성공했다. 

레이저를 쬐면 실리콘 나노 결정이 용융되어 자기 군집화가 일어나고, 이런 과정이 동시 다발적으로 발생하면 서로 다른 크기의 마이크로와 나노 구조가 혼재한 실리콘 반도체 막이 형성된다. 

(그림2) 이번연구의 반도체 제조 공정도 및 실리콘 나노 캐니언 형성 원리 : 대기상태에서 유리에 코팅된 실리콘 나노결정에 레이저를 조사하여 블랙 실리콘 반도체를 단일공정으로 제조. 레이저에 의해서 실리콘 나노 결정들이 용융되어 순간적으로 소수성 실리콘 액적으로 상변화가 발생하고 기판에 맺히지 않고 상호 이동하여 자가 군집화 발생. 나노돌기로 덮여있는 마이크로 실리콘막이 나노협곡을 경계로 분포되어 있는 나노 캐니언의 다중스케일 구조 형성. [자료=한국연구재단]

이러한 실리콘 막은 100nm(나노미터·10억분의 1미터) 이하의 나노 돌기로 덮인 1~10μm(마이크로미터·100만분의 1미터) 크기의 마이크로 실리콘 막이 나노 협곡을 경계로 무질서하게 분포된 구조를 갖는데, 미국의 그랜드 캐니언(Grand Canyon)을 1조 배 이상 축소한 형상과 매우 유사하다.

연구팀은 이런 독특한 나노 협곡 구조를 ‘나노 캐니언 (Nano Canyon)’이라 명명하고 학계에 최초로 보고했다. 

나노 캐니언 구조는 빛 산란을 일으키는 경로를 다양화하기 때문에 자외선부터 적외선에 이르기까지 광범위한 파장의 빛에 대해 높은 흡수율을 나타내는데, 연구팀은 이러한 광학적 특성을 활용해 광 감도가 우수한 고감도 광센서를 제작하는 데도 성공했다. 

금오공과대 기계시스템공학과 강봉철 교수 [사진=한국연구재단]

강 교수는 “웨이퍼 활용 등 기존 화학적 부식을 통한 하향식(Top-down) 반도체 제조방식에서 나노 크기 실리콘 결정의 응집을 통해 제조하는 상향식(Bottom-up)으로 반도체 공정의 패러다임을 바꾸었다”며 “향후 이미지 센서, LED, 디스플레이, 태양전지, 배터리 등 다양한 전자산업계 생산 현장을 안전한 공정으로 탈바꿈하는 데 기여할 것으로 기대한다”고 연구 의의를 밝혔다. 

강 교수는 이번 기술의 특허출원을 완료했으며, 상용화를 위한 연구에 박차를 가하고 있다.

 

kimys@newspim.com

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尹지지율 26.9%…'기자회견 효과 보수결집' [서울=뉴스핌] 박성준 기자 = 윤석열 대통령의 지지율이 20%대 중후반을 기록했다는 여론조사 결과가 14일 발표됐다. 종합뉴스통신사 뉴스핌 의뢰로 여론조사 전문업체 미디어리서치가 지난 11일~12일 이틀간 전국 만 18세 이상 남녀 1002명에게 물은 결과 윤 대통령의 국정운영에 대한 긍정평가는 26.9%로 집계됐다. 부정평가는 71.5%로 나타났다. '잘 모름'에 답한 비율은 1.6%다. 긍정평가(26.9%)는 지난 조사와 달라지지 않았고 부정평가는 0.4%포인트(p) 하락했다. 긍정평가와 부정평가 간 격차는 44.6%p다. 연령별로 보면 40대에서 긍정평가와 부정평가 격차가 극명하게 드러났다. 만 18세~29세에서 '잘함'은 17.1% '잘 못함' 81.1%였고, 30대에서는 '잘함' 21.3% '잘 못함' 77.2%였다. 40대는 '잘함' 10.8% '잘 못함' 88.3%, 50대는 '잘함' 24.2% '잘 못함' 75.4%로 집계됐다. 60대는 '잘함' 40.7% '잘 못함' 56.9%였고, 70대 이상에서는 '잘함' 50.8% '잘 못함' 46.2%로 집계됐다. 지역별로는 서울 '잘함' 23.6%, '잘 못함'은 73.8%로 집계됐다. 경기·인천 '잘함' 24.3% '잘 못함' 74.8%, 대전·충청·세종 '잘함' 27.3% '잘 못함' 72.1%, 강원·제주 '잘함' 14.8% '잘 못함' 74.8%로 조사됐다. 부산·울산·경남 '잘함' 33.3% '잘 못함' 65.0%, 대구·경북은 '잘함' 42.1% '잘 못함' 55.9%로 집계됐다. 전남·광주·전북은 '잘함' 18.3% '잘 못함' 79.9%로 나타났다. 성별로도 남녀 모두 부정평가가 우세했다. 남성은 '잘함' 26.2% '잘 못함' 72.6%, 여성은 '잘함' 27.6% '잘 못함' 70.4%였다. 김대은 미디어리서치 대표는 "기자회견에서 김건희 여사 관련 의혹에 대해 제대로 된 해명 대신 감싸기에만 급급했고, 명태균 씨 논란에 대한 해명도 제대로 되지 않아 결과적으로 불신만 더 키운 꼴이 됐다"며 "하지만 60-70대 이상과 영남권 등 전통적인 지지층에서는 탄핵 등의 위기감이 높아져 지지율이 오히려 상승했다"고 해석했다. 그러면서 "며칠 전 미국 대선에서 트럼프 전 대통령이 당선되면서 안보와 경제 등 위기감 고조로 보수층이 결집하며 추가적인 지지율 추락을 막을 수 있었다"고 덧붙였다. 차재권 부경대 정치외교학과 교수는 "기자회견에 대해 긍정평가와 부정평가가 동시에 존재한다"며 "형식적으로나마 기자회견을 하고 사과를 했다는 점에서 만족하는 보수 지지층이 있다"고 말했다. 이어 "지지율 자체는 큰 변동이 없지만 (이번 기자회견 때문에) 부정평가한 사람들이 나중에라도 다시 긍정평가할 가능성이 더 낮아졌다"이라며 "앞으로 지지율이 개선될 가능성은 거의 없다"고 분석했다. 이번 여론조사는 성·연령·지역별 인구비례 할당 추출 방식으로 추출된 표본을 구조화된 설문지를 이용한 무선(100%) ARS 전화조사 방식으로 실시했으며 응답률은 3.6%, 표본오차는 95% 신뢰수준에 ±3.1%p다. 통계보정은 2024년 1월말 행정안전부 주민등록 인구통계를 기준으로 성별 연령별 지역별 가중 값을 부여(셀가중)했다. 자세한 내용은 중앙선거여론조사심의위원회 홈페이지를 참조하면 된다. parksj@newspim.com 2024-11-14 06:00
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