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[랩큐멘터리] 반도체 재료의 대표주자 실리콘 나노기술로 한계 극복한다



포스텍 아이디어(IDEA) 연구실

반도체의 주재료인 실리콘은 도전에 직면해 있다. 미래 소자에 대한 요구가 커지면서 반도체 소자의 대표주자인 실리콘이 가지는 재료의 한계가 드러나고 있다. 하지만 실리콘은 이런 도전을 수십 년간 받으면서도 계속해 반도체 재료의 왕자로 군림해 왔다. 재료의 한계를 극복하며 다양한 구조와 공정을 개발하는 노력이 있었기 때문이다.

백창기 포스텍 IT융합공학과 교수가 이끄는 아이디어(IDEA) 연구실은 나노기술을 이용해 실리콘 재료가 가진 한계를 극복하면서 미래사회에 필요한 새로운 반도체 소자를 개발하고 있다. 정통 반도체 분야로 꼽히는 메모리반도체부터 로직반도체, 이미지센서를 비롯해 광소자와 바이오화학센서와 같은 다양한 센서를 개발하고 있다. 뉴로모픽 반도체나 D램을 대체하는 미래 반도체 개발에도 힘쓰고 있다.


백창기 포스텍 IT융합공학과 교수가 이끄는 아이디어(IDEA) 연구실은 나노기술을 이용해
실리콘 재료가 가진 한계를 극복하면서 미래사회에 필요한 새로운 반도체 소자를 개발하고 있다.

나노기술은 양자역학적인 현상을 활용해 기존 기술들이 가지는 한계점들을 극복하고 있다. 연구실은 D램 구조의 축소화 한계를 극복하기 위해 나노기술을 접목한 바 형태를 만들어 소자 사이의 간섭을 줄였다. 실리콘 D램의 한계를 적층을 통해 해결하는 기존 기술과 달리 단일소자에서도 기가급의 속도를 낼 수 있는 기술이다.

상용화에 가까운 새로운 소자들도 만들어내고 있다. 나노구조 전계효과 트랜지스터(FET)를 이용해 인체에 해를 끼치는 불소 이온과 불화수소를 5초 내로 검출할 수 있는 고감도 센서를 개발했다. 모래시계형 실리콘 나노선 구조로 공진효과를 내 강화된 광반응을 내는 광센서도 차량 센서 등에 활용될 수 있다는 기대다. 열을 전기로 바꾸는 실리콘 나노선 열전소자도 개발해 지난해부터 KCC 김천공장에 국내 최초로 공장 폐열로 전기를 만드는 열전발전 실증 실험을 진행하고 있다.



연구실은 항상 회사보다 조금 앞서는 걸 목표로 한다. 대학이 앞서야 회사가 대학의 기술을 바라본다는 생각에서다. 연구실은 한 분야만 파는 게 아니라 반도체 공정부터 측정, 전산모사에 이르기까지 실리콘 반도체 개발에 필요한 모든 과정을 연구하고 있다. 한국이 독자기술로 초격차를 만든 반도체 분야에서도 가장 주재료인 실리콘 연구를 주력하면서 계속해 희소가치를 만들기 위해 연구실은 새로운 기술을 항상 찾고 있다.