[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 한국원자력연구원은 실리콘 기판의 상용 반도체에 질소 입자빔을 주입해 전하 이동도를 획기적으로 높이는 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

이번 연구를 통해 상용 반도체 기판의 전하 이동도를 값비싼 소재 변경 없이 향상시킬 수 있는 가능성이 열렸다. 이는 디스플레이 및 태양전지 산업에서의 활용이 기대된다.

한국원자력연구원은 실리콘 기판의 상용 반도체에 질소 입자빔을 주입해 전하 이동도를 획기적으로 높이는 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. [사진=한국원자력연구원] 2024.12.10 biggerthanseoul@newspim.com

연구팀은 반도체 소재가 양옆에서 힘을 받거나 볼록하게 휘면 전하 이동도가 높아지는 원리를 적용했다. 기존에 유연성이 부족했던 실리콘 기판에 인위적인 힘을 가하는 것이 어려움에도 불구하고, 입자빔을 주입해 실리콘 산화절연막(SiO2)을 부풀리는 새로운 방식을 고안해냈다.

실험 결과 입자빔이 주입된 실리콘 산화절연막이 1.18% 팽창하며, 반도체 박막에 당기는 힘이 작용해 전하 이동도가 최대 2.5배 향상된 것으로 나타났다. 연구팀은 산화아연(ZnO) 박막을 지나가는 과정에서 산소 결함이 생성되며 전하 밀도가 최대 6배 증가하는 효능도 확인했다.

이 기술은 범용 반도체 소자 기판으로 활용되는 산화알루미늄(Al2O3) 절연막에서도 효과가 재현됐다. 전산 시뮬레이션 연구도 병행해 입자빔 주입 조건 및 성능 개선에 대한 제약사항이 도출됐으며 이는 기술 활용성을 높이는 데 기여했다.

이 연구는 국가과학기술연구회의 창의형 융합연구사업의 지원을 받아 한국기초과학지원연구원, 대구경북과학기술원과 공동으로 진행됐다.

연구 결과는 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF=18.5)'에 게재됐다.

이재상 양성자과학연구단장은 "이번 연구는 방사선 기술을 활용해 반도체 성능 향상의 허들을 극복한 사례"라며 "연구원의 핵심 시설을 통해 국가전략산업 기술의 한계 극복을 지원할 것"이라고 말했다.

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