국내연구진에 의해 기존 식각 기술에 비해 성능히 훨씬 향상된 중성빔 원자층 식각 공정이 개발돼 향후 화합물 반도체의 전자소자 상용화 시기를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

과학기술부는 테라급나노소자개발사업단(단장: 이조원 박사)의 성균관대학교 염근영 교수 연구팀이 광주과학기술원의 송종인, 장재형 교수 연구팀과의 공동연구를 통해“세계 최초로 중성빔 원자층 식각 공정을 화합물 반도체 전자소자 제작에 적용함으로써 화합물 반도체 전자소자 특성 및 수율을 획기적으로 향상시키는데 성공했다”고 밝혔다.

이번에 개발된 중성빔 원자층 식각기술은 기존의 식각 기술로 구현된 소자에 비하여 누설전류가 1/4로 감소되고, 속도가 30% 이상 향상됐으며, 60nm 전자소자에서 기존보다 40～80GHz 향상된 400GHz의 스위칭 속도를 실현했다.

화합물 반도체 전자소자는 실리콘 반도체 전자소자에 비해 스위칭 속도가 매우 빠르면서 소비전력이 10배 정도 낮은 차세대 반도체 전자소자로 현재 Intel 및 IBM 등에서는 2015년경 실리콘 CMOS 이후의 차세대 반도체 전자소자로 적용하기 위해 활발한 연구를 진행하고 있다.

화합물 반도체 전자소자가 정상적으로 동작하기 위해서는 나노게이트 형성을 위한 식각 공정 시 전기적인 손상이 없어야 하고, 물리적인 손상도 손쉽게 제거할 수 있는 단일원자층 수준의 손상 정도만이 허용되며, 물질들 간의 높은 식각 선택비도 요구된다.

그러나 기존기술을 적용할 경우 전기적 및 물리적 손상은 피할 수 없고, 화합물 반도체 전자소자에 사용되는 물질(GaAs, InP 등)들의 매우 약한 원자간 결합력으로 인한 낮은 식각 선택비로 소자제작에 어려움을 겪어 왔으나, 이번에 개발된 기술은 이러한 문제점을 극복했다.

이번 연구 성과는 차세대 나노소자로 주목받는 화합물 반도체 전자소자 제작에 적용 가능한 기술을 세계최초로 확립한 것으로 식각기술 상용화를 통해 화합물 반도체 전자소자 사업화시기를 앞당길 수 있게 되었다. 또한 나노소자용 반도체 장비 및 공정의 독립화와 차세대 반도체 산업에서 기술적 리더십 확보에 큰 전기를 마련한 것으로 평가된다.

이번 연구결과는 세계적 우수 학술지인 Applied Physics Letters와 미국 전기전자학회(IEEE)의 저명 학술지인 Electron Device Letters에 총 4편의 관련 논문이 소개되는 등 기술의 우수성을 인정받았으며, 현재 이 기술과 관련해 국내 특허 1건이 출원중이다.