▲ 서광석 교수

국내 연구진이 크기는 작고 성능은 더욱 우수한 나노트랜지스터 개발에 성공함으로써, 일본 후지쯔가 주도해 온 나노트랜지스터 시장에서 우위를 확보할 수 있는 계기가 될 것으로 기대된다.

과학기술부는 ‘테라급나노소자개발사업단’(단장 이조원)의 지원을 받아 서울대학교 서광석 교수팀이 나노소자특화팹센터(대표이사 고철기)와의 공동연구를 통해 세계에서 가장 빠른 15nm, 610GHz급 갈륨비소계 나노트랜지스터(metamorphic HEMT:mHEMT)” 개발에 성공하였다고 밝혔다.

이 기술은 나노 HEMT 소자의 게이트 길이를 15nm까지 줄이고 트랜지스터의 동작속도를 결정짓는 전류이득 차단주파수(fT)를 610GHz까지 끌어올려 전계효과 트랜지스터(FET) 중에서 세계에서 가장 빠른 속도를 보여, 일본 후지쯔가 보유하고 있던 종전의 25nm 및 562GHz 세계 최고기록을 뛰어넘는 나노소자 분야 핵심 기술로 기대를 모으고 있다.

이동․위성통신, 자동차용 충돌방지장치 및 모바일 센서 등의 마이크로파/밀리미터파 시스템과 초고속 광통신 시스템의 핵심 부품으로 널리 사용되고 있는 화합물 반도체는 기존의 실리콘 반도체 소자보다 스위칭 속도가 10배 이상 빠르면서 소비전력이 10배 정도 낮아 현재 Intel 및 IBM 등에서는 2015년경 실리콘 CMOS 이후의 차세대 반도체 전자소자로 적용하기 위해 활발한 연구를 진행하고 있다.

그러나 화합물 반도체 소자인 HEMT는 제작 시에 전자선 감광막의 두께를 두껍게 해야하기 때문에 고성능의 전자선 묘화 장비로도 미세한 게이트 전극을 구현하기가 어렵고, 기존의 진공 증착 방식으로 전극을 형성할 경우 게이트 전극이 끊어지는 등 제작과정이 매우 까다롭다는 문제점을 가지고 있었다.

서광석 교수팀은 ‘경사식각공정(Sloped Etching Process)’이라는 새로운 공정기술을 창안하여 나노소자특화팹센터의 전자선 묘화 장비와 기술진의 도움을 받아 초미세 게이트 전극을 안정적으로 구현하였고, 전극이 쉽게 끊어지는 문제를 동시에 해결했다.

이번에 개발된 15nm급 HEMT 소자는 기존의 인듐인(InP) 기반의 소자보다 가격이 절반 이하로 저렴하고 제조 공정이 용이해 대량 생산이 가능하여, 2008년도에 60억불로 예상되는 전체 나노 화합물 반도체 시장을 이끌어 갈 핵심기술로 자리매김할 수 있을 것으로 기대된다.

또한 그동안 일본 후지쯔가 주도해 온 나노 HEMT 분야에서 우위를 점할 수 있게 되었으며, 나노 소자 제작의 핵심 원천 기술을 확보하여 향후 차세대 나노 반도체 분야에서 유리한 입지를 확보하는데 큰 기여를 할 것으로 기대된다.

그동안 연구팀은 나노 화합물 반도체 제작기술을 개발하여 세계 최고 권위의 반도체 학회인 국제전자소자회의(IEDM)에서 2003년, 2004년, 2005년 3회 연속 발표한 바 있으며, 이번 성과도 오는 12월 11일 미국 워싱턴에서 열리는 2007 IEDM에서 발표할 예정이며, 관련 국내특허가 7건 출원되고, 3건이 등록되었다.

나노소자특화팹센터 기술부서에서는 서울대학교 서광석 교수팀 및 테라급나노소자개발사업단과 공동으로 15nm급 화합물반도체를 활용한 최첨단 공정기술을 상용화하는 노력을 계속할 계획이라고 밝혔다.