단일 공정으로 고성능 반도체를 제조할 수 있는 친환경·저비용 실리콘 기반 반도체 제조 공정 개발과 관련한 강봉철 교수팀 주도 국내 연구는 미국화학회의 ACS 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이스(ACS Applied Materials and Interfaces)에 10월 24일 게재됐다.(자료제공=금오공대 강봉철 교수 연구팀)

한국연구재단(NRF)은 금오공과대학교 기계시스템공학과 강봉철 교수팀 주도의 국내 연구팀이 복잡한 다단계 공정 없이 대기 환경에서 단일 공정으로 고성능 반도체를 제조할 수 있는 친환경·저비용 실리콘 기반 반도체 제조 공정을 개발했다고 25일 밝혔다.
 
실리콘은 반도체의 핵심 소재이지만, 실리콘을 반도체로 사용하기 위해서는 정제, 도핑, 진공증착, 에칭, 표면 처리와 같은 까다롭고 복잡한 화학 공정을 거쳐야 한다. 이에 설비 구축에 많은 비용이 들고 에너지 소모가 큰 데다 유독 화학물질 사용으로 인명사고와 환경오염의 위험에 노출되어 있다.
  
이번 연구팀은 이러한 문제점을 해결하기 위해 화학적 부식 과정과 복잡한 다단계의 진공·미세화 공정 없이 실리콘 막을 제조하기 위해 실리콘 나노결정 용액에 레이저를 쬐어 대기환경에서 단일 공정으로 광 반응성이 우수한 광전자 소자용 ‘블랙 실리콘 반도체’를 제조하는 데 성공했다.
 
특히 이번 연구에서 제조된 실리콘막은 100nm 이하의 나노돌기로 덮여있는 1~10μm의 마이크로 실리콘막이 1μm 이하의 나노협곡을 경계로 무질서하게 분포되어 있는 구조를 갖는 특성을 가지고 있어, 이 현상이 미국의 그랜드 캐니언(Grand Canyon)을 1조배 이상 면적을 축소시킨 것과 매우 흡사해 ‘나노 캐니언 (Nano Canyon)’이라 명명하고 학계에 최초로 보고했다.
 
이 ‘나노 캐니언’ 구조는 빛 산란을 일으키는 경로를 다양화하기 때문에 자외선부터 적외선에 이르기까지 광범위한 파장의 빛에 대해 높은 흡수율을 나타내는 것을 확인했다.
 
강봉철 교수는 “기존 화학적 부식을 통한 하향식(Top-down) 반도체 제조방식에서 나노 크기 실리콘 결정의 응집을 통해 제조하는 상향식(Bottom-up)으로 반도체 공정의 패러다임을 바꾸었다”고 밝혔다.
 
이 연구는 교육부·한국연구재단 이공학개인기초연구지원사업의 지원으로 수행됐고, 미국화학회의 ACS 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이스(ACS Applied Materials and Interfaces)에 10월 24일 게재됐다.

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