미래지향적 반도체 연구 통한 지식 경쟁력 확보

[이슈메이커=김남근 기자]

[Leading Researcher] 연세대학교 글로벌융합공학부 오정우 교수

미래지향적 반도체 연구 통한 지식 경쟁력 확보

세계적 수준의 기술과 매너 겸비한 국제적 리더로 성장 도모

최근 차세대 반도체 연구의 성장 동력으로 통신, 인터넷, 신재생에너지, 자동차 분야가 자리매김하고 있다. 때문에 모바일 기기에 탑재되는 다양한 애플리케이션은 물론 인터넷데이터센터, 태양전지를 비롯한 신재생에너지 발전시스템에 필요한 정보처리·저장소자 등과 함께 의료용 및 군사용 반도체 소자 수요가 증가하고 있으며, 고성능 저전력 특성을 동시에 필요로 하는 시스템용 반도체의 연구 비중이 높아질 것으로 전망된다.

금속촉매를 이용한 무결함 3차원 반도체 구조체 개발

지난 수십 년간 반도체 산업은 실리콘을 기반으로 급속한 발전을 이뤘고, 최근 차세대 CMOS(complementary metal oxide) 트랜지스터 및 태양전지 재료로 화합물반도체가 떠오르고 있다. 3차원 반도체 구조를 도입하여 고집적화에 의한 누설전류 및 전력소비를 억제하면서 정보처리속도를 크게 향상 시킬 수 있다. 화합물반도체는 실리콘에 비해 월등히 우수한 전자이동도와 광학적 특성을 가지고 있으나, 화합물 반도체의 실용적인 산업화를 위해서는 실리콘과 공정 호환성이 있어야 한다. 기존의 건식식각 방법은 실리콘 공정에 광범위하게 사용되고 있지만, 건식식각에 사용되는 고에너지 이온은 화합물반도체 표면에 결함을 유발하는 문제점이 있다. 반도체의 물리적인 특성은 그 구조에 의해 크게 좌우되기 때문에 식각공정에서 발생하는 결함은 소자의 전기적, 광학적 특성을 저해하는 요인이 된다. 이에 연세대학교 글로벌융합공학부의 오정우 교수와 연구진은 최근 금속촉매와 화학 식각법을 이용한 3차원 나노반도체 구조제작 기술을 개발했다. 이번 연구 결과는 영국 왕립 화학회(RSC : Royal Society of Chemistry)가 발간하는 8월 7일자 ‘저널 오브 머터리얼스 케미스트리 에이’(Journal of Materials Chemistry A) 표지 논문으로 선정됐다.

금속촉매를 사용한 화학 식각 기술은 반도체를 식각하는 기존의 기술과 비교하여 우수성을 가진다. 이에 오 교수는 GaAs (Gallium arsenide, 3족 원소 Ga(갈륨)와 5족 원소 As(비소)의 화합물로 이루어진 반도체)?웨이퍼(Wafer)에 금속 촉매로 금을 사용하고 산화 환원 반응을 위한 식각용액으로 황산과 과망간산칼륨을 사용하여, 지금까지 명확히 규명되지 않았던 GaAs 화합물반도체의 화학 식각 원리를 금속 촉매를 통해 전해질과 반응물의 수평, 수직 방향의 물질 이동 현상을 체계적으로 해석하여 규명하였다. 이로써 금속촉매를 사용한 화학 식각 기술을 화합물 반도체 소자 제작에 적용하기 위해 필요한 현상 해석의 기반을 마련하였을 뿐만 아니라 공정에서 필요한 금속 촉매의 두께에 대한 가이드를 제공할 수 있게 되었다. 또한, 앞으로 연구결과를 다양한 화합물 반도체 소자에 적용하여 향후 고효율 또는 저전력을 이루어 낼 수 있는 다양한 기술 개발을 진행할 계획이다.

오정우 교수는 “이번 연구는 나노 스케일의 미래 화합물 반도체 신재생에너지변환소자와 저전력 정보처리소자를 3차원 구조로 제작함으로써 성능을 크게 높이는 기술입니다. 이 같은 미래지향적인 연구를 통해 소재 부품에 대해 보다 높은 경쟁력을 확보하고, 생성된 원천·기초 기술을 실질적으로 산업화시킬 수 있는 연구 환경을 구축하여 고급인력을 양성하는데 이바지할 것으로 기대됩니다”라며 연구에 대한 자부심을 내비쳤다.

▲랩 구성원 - 최거락 석박사 통합과정, 송윤원 박사과정, 방장원 학사과정, 김경호 전임연구원, 기부근 석박사 통합과정, 오정우 교수, 윤선노 박사과정

창의적인 융합연구를 위한 환경 조성

반도체 기반의 정보처리소자 및 에너지변환소자 분야에 대한 연구를 꾸준히 진행해 오며 관련 소재 부품 구조의 혁신을 통해 지속 가능한 스마트리빙 구현하고자 다양한 연구를 펼치고 있는 오정우 교수는 글로벌융합기술원의 ‘스마트 리빙 랩’(Smart Living Lab)의 랩장으로, 생활의 질을 높일 수 있는 다양하고 창의적인 융합 기술 개발을 동료 교수들과 함께 매진하고 있다.

과거 글로벌 연구 컨소시엄인 미국 세마텍(SEMATECH)에서 세계 주요 반도체 기업인 인텔, IBM, 삼성 등과 미래반도체기술에 관한 공동 연구 개발을 진행했던 오 교수는 현재 지속 가능한 기술을 탐색하며 풍족하면서도 건강한 사회를 만드는데 필요한 혁신 미래 기술을 연구하고 있다. 연세대학교 글로벌융합공학부/글로벌융합기술원에서는 에너지, 정보통신, 디스플레이, 바이오 분야의 첨단 기술을 탐색하며, 물리-화학적 고찰을 통한 신소재 합성 및 나노소자 제작을 통한 전자-광전자 특성을 분석하는 연구를 통해 새로운 삶의 패러다임 변화를 주도하는 융합적 연구를 진행하고 있다. 현재 연구실은 나노공정실, 나노-바이오실험실, 물질분석실, 전자분석실을 구축하였으며, 특히 IT 명품인재사업의 교육 및 연구에 대한 전폭적 지원으로 다양한 장비와 분석실을 갖춰 능률적인 연구를 수행하고 있다. 이를 통해 각 분야에서 뛰어난 연구 업적을 도출하고 있으며, 얻어진 노하우가 융합 연구로 심화 발전할 수 있도록 지원을 아끼지 않고 있다.

오 교수는 “연구 결과의 독창성을 확보하고 완성도를 높이는 과정에 학생들이 창의적으로 접근할 수 있도록 길잡이 역할을 하고자 합니다”라며 “교수와 학생의 신뢰를 바탕으로 유연한 자세를 견지하는 것이 창의적인 융합연구를 위한 환경 조성의 첫걸음이라 생각하며, 좋은 연구 성과를 도출할 수 있는 가장 좋은 방법이라고 생각합니다”라고 힘주어 말했다.

연구를 위한 연구가 아닌 산·학 간의 소통을 통한 선 순환적 연구개발 관계를 유지하는 것이 중요하다고 주장하는 오정우 교수. 그는 학생들에게 완성도 높은 연구결과뿐 아니라 국제적 매너도 겸비한 연구자로서 성장할 수 있도록 노하우를 전수해주고 있다. 이러한 그의 노력이 바탕 되어 세계 최고 수준의 기술과 매너, 인성을 겸비한 국제적 리더가 배출될 수 있기를 기대해본다.

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