▲ 류훈 박사.

반도체 집적도를 보다 높일 수 있는 초박형 실리콘 나노 전선 개발의 길이 열렸다.

류훈 한국과학기술정보연구원(원장 한선화) 슈퍼컴퓨팅본부 슈퍼컴퓨팅응용실 선임연구원이 슈퍼컴퓨터를 활용한 계산을 통해 불순물 반도체 기반의 초박형 전선 공정을 위한 이론적 배경을 세계 최초로 제시했다.

류훈 박사는 불순물인 ‘인(Phosphorus, 燐)’ 원자의 분포 경향과 실리콘 나노선 크기 사이에 상관관계를 이론적으로 규명해냈다.

제한된 면적에 반도체의 집적도를 높이기 위해서는 소자와 소자를 연결하는 전선의 굵기를 얇게 할수록 유리하다. 그래서 최근 많은 실험 연구자들에 의해 반도체의 실리콘 나노선에 다수의 불순물을 섞어 전기전도도가 높은 초박형 전선으로 만들려는 시도가 진행되고 있다.

그러나 전선의 전도도에 중요한 영향을 미치는 불순물 원자분포 경향에 대한 이론적 배경이 제시되지 않은 상황이었다.

류 박사는 10의19제곱 마이너스 세제곱센치미터(10^19 cm(-3)) 이상의 고농도로 인이 포함된(실리콘 1 cm-3 당 약 10의19승개의 인 원자가 섞임을 의미) 실리콘 나노선을 원자 수준으로 묘사해 슈뢰딩거 방정식을 구성한 후 KISTI의 슈퍼컴퓨터로 계산해 전자구조를 밝혀냈다.

이번 연구를 통해 안정적인 전기전도도를 지니는 불순물 반도체 전선 개발을 위해 공정과정에서 겪게 되는 시행착오를 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

알루미늄이나 구리 등 금속으로 만들어진 기존의 인터커넥터를 불순물 반도체 기반의 전선으로 대체하는 데에도 기여할 수 있으며 불순물 도핑 농도는 나노선의 전도도를 조절하는 요건이 되기 때문에, 하나의 고정된 전도도를 가지는 금속과 달리 응용제품에서 요구하는 전도도에 맞춘 전선의 설계 가능성 등 후속 연구를 위한 이론적 근거를 제공했다는 점에서의미가 깊다.

류 박사는 "상용화를 위해서 공정상 안정성이 보장돼야 한다"며 "이를 위해 공정과정에서 불가피하게 발생할 수밖에 없는 불순물 원자 분포의 불균일성이 전도도에 큰 영향을 미치지 않는다는 사실을 '보다 큰 실리콘 나노선'에 대해 계산해 규명할 필요가 있다"고 전했다.

연구결과는 지난 1월3일 나노과학 분야에서 세계적인 영향력을 지닌 나노 레터스(Nano Letters) 온라인판에 게재됐다.