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직경 40nm 단결정 나노와이어 제작…연구 결과 사이언스 학술지 게재
(성남=연합뉴스) 이우성 기자 = 가천대학교는 반도체공학과 진강태 교수 연구팀이 미국 코넬대 연구진과 함께 기존 구리(Cu)를 대체할 차세대 반도체 배선 소재인 '위상금속 NbAs(나이오븀 아세나이드)'의 우수한 전기적 특성을 세계 최초로 실증했다고 20일 밝혔다.
위상금속은 전자가 특별한 방식으로 잘 흐르는 금속성 물질로, 초미세 반도체 배선에서 구리의 한계를 보완할 후보 소재로 알려져 있다.
반도체 칩 내부 회로를 연결하는 금속 배선은 현재 구리가 주로 사용되지만, 반도체 미세화로 배선 폭이 수십 나노미터(nm) 수준으로 줄어들면 전자의 산란으로 저항이 급증해 전력 손실과 신호 지연이 발생하는 한계가 있었다.
[가천대 제공. 재판매 및 DB 금지]
연구팀은 '열-기계적 나노몰딩' 공정을 이용해 직경 약 40nm의 단결정 NbAs 나노와이어를 제작하고 특성을 분석했다.
분석 결과 NbAs 나노와이어는 상온에서 기존 덩어리(벌크) 상태의 소재보다 3~4배 낮은 저항률(9.7±1.6 μΩ·cm)을 기록했다. 나노 크기에서는 기존 구리보다 저항이 낮을 뿐만 아니라 높은 전류 밀도와 열전도도를 보여 전기적·열적 안정성도 뛰어난 것으로 나타났다.
이는 1차원 나노 구조에서 위상금속 고유의 표면 전도 특성이 극대화돼 전자의 산란이 줄고 수명이 길어졌기 때문이다.
연구진은 이번 연구가 미세화 한계에 직면한 구리 배선을 대체해 고성능·저전력 차세대 반도체를 구현할 중요한 기반이 될 것으로 기대한다.
진강태 교수는 "구리 기반 배선 기술이 한계에 다다른 상황에서 위상금속 배선의 새로운 전도 메커니즘을 실험적으로 확인했다"며 "이번 연구가 미래형 반도체 인터커넥션 기술 개발의 중요한 전기가 될 것"이라고 말했다.
이번 연구 결과는 세계적 권위의 학술지 '사이언스(Science)'에 게재됐다. 코넬대 Yeryun Cheon 연구원이 제1 저자로, Judy J. Cha 교수가 교신저자로 참여했다.
[가천대 제공]
gaonnuri@yna.co.kr
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