삼성전자가 삼성미래기술 육성사업을 통해 지원하는 차세대 반도체소재 연구과제의 성과가 국제학술지에 실렸다.

손준우 최시영 포스텍 신소재공학과 교수 연구팀의 산화바나듐 적층기술 연구논문이 18일 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 게재됐다고 삼성전자가 25일 밝혔다.
 
논문 제목은 ‘급격한 상전이 특성이 있는 단결정 루틸 구조의 실리콘상 이종 접합(Heterogeneous integration of single-crystalline rutile nanomembranes with steep phase transition on silicon substrates)’이다.

산화바나듐은 금속 바나듐과 산소가 결합해 만들어진 화합물로 상전이 산화물 반도체의 일종이다. 상전이 산화물 반도체는 특정한 전압에 다다르면 물질의 상태가 절연체에서 금속으로 바뀌는 반도체를 말한다.

반도체는 집적도가 커질수록 소비 전력이 줄어들고 작동속도가 빨라진다. 반면 반도체소자가 작동하면서 발생하는 열이 많아져 오작동이 발생할 가능성은 높아진다.

이에 학계와 업계는 트랜지스터의 구동 전압을 낮추고 기존의 실리콘을 대체하는 신규 소재를 개발하거나 실리콘과 신규 소재를 접합하는 방식으로 열에 의한 오작동 문제를 해결하기 위해 노력해왔다.

산화바나듐을 포함한 상전이 산화물 반도체들이 대표적 신규 소재로 꼽힌다.

포스텍 연구팀은 단결정 산화바나듐이 실리콘보다 전류를 흘릴 때 필요한 전압이 낮아 열이 더 적게 발생하는 성질에 주목했다. 이에 단결정 산화바나듐을 실리콘 웨이퍼 위에 적층하는 기술을 연구했다.

단결정 산화바나듐은 실리콘과 결정 구조가 달라 웨이퍼에 직접 적층하면 전기적 결함이 발생할 수 있다.

연구팀은 웨이퍼 위에 실리콘과 결정구조가 같은 산화티타늄을 우선 적층한 뒤 그 위에 단결정 산화바나듐을 적층하는 방식으로 문제를 해결했다.

손준우 교수는 “이번 연구를 통해 차세대 반도체소재로 주목받는 단결정 상전이 산화물의 특성을 기존 실리콘 반도체소재에 적용할 수 있게 됐다”며 “초저전력 초고밀도 메모리 등 기존 한계를 극복할 수 있는 차세대 반도체 소자 개발을 위해 노력하겠다”고 말했다.

삼성전자는 2013년 1조5천억 원을 출연해 연구지원 공익사업인 삼성미래기술 육성사업의 후원을 시작했다.

삼성미래기술 육성사업은 지금까지 682개 과제에 8865억 원을 지원했다.

국제학술지에 2130건의 논문이 게재됐고 네이처 7건, 사이언스 7건, 셀 1건 등을 포함해 최상위 국제학술지에 실린 논문도 189건에 이른다. [비즈니스포스트 강용규 기자]