국내 연구팀이 신소재로 꼽히는 그래핀을 활용, 초고주파수에서 우수한 특성을 갖춘 차세대 반도체 핵심 소재를 개발했다. 기존 금속 선로를 대체하는 이 기술은 차세대 통신용 반도체 및 소자의 성능과 효율을 크게 높일 수 있는 기술이다. 최근 시스템 반도체 분야 육성과 지원을 확대 중인 국내 반도체 산업에 기여할 전망이다.
반도체 회로 선폭이 미세화되고 소자의 고집적화 및 고속화가 계속되면서 기존 금속 선로는 한계에 도달했다. 고속으로 작동할수록 소비전력 대비 성능 효율이 크게 떨어진다.
DGIST(대구경북과학기술원) 정보통신융합전공 장재은 교수팀이 개발한 이 기술은 반도체 선로 소재로 그래핀-비정질 탄소 접합 구조를 사용한다. 기존 수백 ㎚(나노미터)급 금속 선로와 비슷한 우수한 초고주파 전송 특성을 보인다. 기존 반도체 제조 과정의 금속 배선 공정에 적용할 수 있어 차세대 집적 회로에 응용할 수 있다.
순수 그래핀은 전기적 특성이 좋지 않아 미세 회로용 소재로 바로 사용할 수 없다. 연구팀은 순수 그래핀에 비정질 탄소를 결합해 전기적인 특성을 끌어올렸다. 또한, 초고주파 성능을 떨어뜨리는 그래핀 내부 결함을 줄여 열적, 전기적 특성을 안정화했다.
장 교수는 "전송 선로는 반도체 연구에서 소자 기술과 더불어 매우 중요한 기술이다"라며 "이번 기술은 나노공학, 전자공학, 물리학 분야 전문가들이 협업한 연구 결과로 MMIC(무선이동통신용 반도체) 및 RFIC(무선통신용 초고주파 칩) 등 고주파용 회로에서 적극 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구 결과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 기초연구사업의 지원으로 수행됐다. 재료 분야의 세계적 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials’의 표지논문으로 선정됐다.