`반도체 초격차` 이어간다…미세공정 한계 극복할 ‘신소재’ 개발
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최남나
작성일20-06-25 14:51
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신현석 UNIST 교수팀, 초저유전율 절연체 개발
비정질 질화붕소 적용해 내부 전기간섭 최소화
집적도 높이면서 성능 향상에 기여할 전망
국내 연구진이 '반도체 초격차 전략'을 이어갈 수 있는 반도체 핵심 소재를 개발했다. 반도체 칩 안의 소자를 더 작게 만들 수 있는 새로운 소재를 개발, 미세공정을 극복하면서 반도체 작동속도를 더 빠르게 구현할 수 있게 됐다.
UNIST(울산과학기술원) 신현석 교수 연구팀은 신현진 삼성전자종합기술원 전문연구원팀, IBS(기초과학연구원) 등과 국제공동 연구를 통해 반도체 소자를 더 미세하게 만들 수 있는 '초저유전율 절연체'를 개발했다고 24일 밝혔다.
반도체 소자가 갈수록 집적화됨에 따라 소자의 크기가 점점 작아지고 있다. 하지만, 나노미터 단위의 반도체 공정에서 소자가 작아질수록 내부 전기 간섭 현상이 심해져 오히려 정보처리 속도가 느려지게 된다.
이 때문에 전기 간섭을 최소화하는 낮은 유전율을 가진 신소재 개발이 반도체 한계를 극복하는 핵심 요인으로 꼽혀왔다. 유전율은 외부 전기장에 반응하는 민감도로, 유전율이 낮으면 전기적 간섭이 줄어들어 반도체 소자 내 금속 배선의 간격을 줄일 수 있어 반도체를 더 작게 만들 수 있다.
연구팀은 기존 절연체로 쓰이는 '다공성 유기규산염(유전율 2.5)'보다 유전율이 30% 이상 낮은 '비정질 질화붕소 소재'를 합성하는 데 성공했다. 비정질 질화붕소의 유전율은 1.78로, 기술적 난제로 여겨진 유전율 2.5 이하 신소재를 처음으로 발견한 것이다.
질화붕소는 규칙적인 원자 배열을 갖는 육각형 벌집모양으로, 그래핀과 원자 모양이 닮았지만 육안으로 하얗게 보여 '화이트 그래핀'으로 불린다.
연구팀은 포항가속기연구소 4D 빔라인을 활용해 비정질 붕화질소의 유전율이 낮은 것이 '원자 배열의 불규칙성'이라는 점을 알아냈다. 또한 비정질 질화붕소는 물질 자체의 유전율이 낮아 소재 안에 미세한 공기 구멍을 넣지 않고도 높은 기계적 강도를 유지할 수 있다.
홍석모 UNIST 박사과정(제1저자)은 "낮은 온도에서 육방정계 질화붕소가 기판에 증착되는지 연구하던 중 우연히 '비정질 질화붕소'의 유전율 특성을 발견했고, 반도체 절연체로 적용할 수 있다는 것을 확인했다"고 말했다.
신현석 UNIST 교수는 "상용화에 성공하면 중국의 반도체 굴기와 일본 수출규제 등 반도체 산업에 닥친 위기를 반전시킬 수 있는 의미있는 연구성과"라며 "반도체 칩의 전력소모를 줄이고, 작동 속도도 높이는 데 기여할 것"이라고 밝혔다.
이번 연구결과는 세계 최고의 학술지 '네이처(25일자)'에 게재됐다.이준기기자 [email protected]
신현석 UNIST 교수 연구팀은 반도체 소자를 더 미세하게 만들 수 있는 '초저유전율 절연체'를 개발했다. 이 절연체는 반도체 칩의 전력 소모를 줄이고, 작동 속도를 높일 수 있다. UNSIT 제공
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신현석 UNIST 교수팀, 초저유전율 절연체 개발
비정질 질화붕소 적용해 내부 전기간섭 최소화
집적도 높이면서 성능 향상에 기여할 전망
국내 연구진이 '반도체 초격차 전략'을 이어갈 수 있는 반도체 핵심 소재를 개발했다. 반도체 칩 안의 소자를 더 작게 만들 수 있는 새로운 소재를 개발, 미세공정을 극복하면서 반도체 작동속도를 더 빠르게 구현할 수 있게 됐다.
UNIST(울산과학기술원) 신현석 교수 연구팀은 신현진 삼성전자종합기술원 전문연구원팀, IBS(기초과학연구원) 등과 국제공동 연구를 통해 반도체 소자를 더 미세하게 만들 수 있는 '초저유전율 절연체'를 개발했다고 24일 밝혔다.
반도체 소자가 갈수록 집적화됨에 따라 소자의 크기가 점점 작아지고 있다. 하지만, 나노미터 단위의 반도체 공정에서 소자가 작아질수록 내부 전기 간섭 현상이 심해져 오히려 정보처리 속도가 느려지게 된다.
이 때문에 전기 간섭을 최소화하는 낮은 유전율을 가진 신소재 개발이 반도체 한계를 극복하는 핵심 요인으로 꼽혀왔다. 유전율은 외부 전기장에 반응하는 민감도로, 유전율이 낮으면 전기적 간섭이 줄어들어 반도체 소자 내 금속 배선의 간격을 줄일 수 있어 반도체를 더 작게 만들 수 있다.
연구팀은 기존 절연체로 쓰이는 '다공성 유기규산염(유전율 2.5)'보다 유전율이 30% 이상 낮은 '비정질 질화붕소 소재'를 합성하는 데 성공했다. 비정질 질화붕소의 유전율은 1.78로, 기술적 난제로 여겨진 유전율 2.5 이하 신소재를 처음으로 발견한 것이다.
질화붕소는 규칙적인 원자 배열을 갖는 육각형 벌집모양으로, 그래핀과 원자 모양이 닮았지만 육안으로 하얗게 보여 '화이트 그래핀'으로 불린다.
연구팀은 포항가속기연구소 4D 빔라인을 활용해 비정질 붕화질소의 유전율이 낮은 것이 '원자 배열의 불규칙성'이라는 점을 알아냈다. 또한 비정질 질화붕소는 물질 자체의 유전율이 낮아 소재 안에 미세한 공기 구멍을 넣지 않고도 높은 기계적 강도를 유지할 수 있다.
홍석모 UNIST 박사과정(제1저자)은 "낮은 온도에서 육방정계 질화붕소가 기판에 증착되는지 연구하던 중 우연히 '비정질 질화붕소'의 유전율 특성을 발견했고, 반도체 절연체로 적용할 수 있다는 것을 확인했다"고 말했다.
신현석 UNIST 교수는 "상용화에 성공하면 중국의 반도체 굴기와 일본 수출규제 등 반도체 산업에 닥친 위기를 반전시킬 수 있는 의미있는 연구성과"라며 "반도체 칩의 전력소모를 줄이고, 작동 속도도 높이는 데 기여할 것"이라고 밝혔다.
이번 연구결과는 세계 최고의 학술지 '네이처(25일자)'에 게재됐다.이준기기자 [email protected]
신현석 UNIST 교수 연구팀은 반도체 소자를 더 미세하게 만들 수 있는 '초저유전율 절연체'를 개발했다. 이 절연체는 반도체 칩의 전력 소모를 줄이고, 작동 속도를 높일 수 있다. UNSIT 제공 디지털타임스 채널 구독 / 뉴스스탠드 구독
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2020 THE 신흥대학평가서 전년 대비 3계단 오른 세계 17위 올라
50년 이하 대학 중 국내 3위… 아시아에선 국내 7위, 세계 23위
유니스트 캠퍼스 전경
11년 역사의 젊은 대학인 UNIST(총장 이용훈)가 세계대학평가에서 연이어 우수한 평가를 받고 있다.
UNIST는 24일 발표된 ‘2020 THE 신흥대학평가(Young University Rankings)’에서 지난해 대비 3계단 뛰어오른 세계 17위를 차지했다고 밝혔다. 국내로는 3위이며 연구의 질을 측정하는 피인용도 점수에서는 국내 1위, 세계 24위에 이름을 올렸다.
영국의 대학평가기관 THE에서 발표하는 신흥대학평가는 개교 50년 이하의 젊은 대학을 대상으로 이번 평가에는 총 414개 대학이 참여했다. UNIST는 2018년 24위로 시작해, 2019년 20위, 올해 17위로 매년 순위를 끌어올리며 상승세를 지속하고 있다.
세부지표에서 논문피인용도 점수는 91.3점으로 국내대학 중 가장 높았다. 이외에도 교육여건, 연구실적, 산학협력 수입, 국제화 등 개별 평가항목의 점수가 지난해 대비 향상된 것으로 나타났다. 특히 산학협력 수입 분야는 10점 이상 점수가 상승(70.1→80.5)하며 높은 평가를 받았다.
이번 신흥대학평가에서는 홍콩과기대(HKUST)가 1위에 올랐으며, 난양공대(NTU), 파리과학인문대학(PSL), 성안나고등과학원(SSAS)이 그 뒤를 이었다. 국내 대학 중에서는 KAIST가 세계 5위로 가장 높았고, 8위에 오른 POSTECH과 UNIST가 20위 안에 이름을 올렸다.
UNIST는 이와 함께 지난 3일 발표된 ‘2020년 THE 아시아대학평가(Asia University Ranking)’에서 국내 7위, 전체 23위에 자리했다.
UNIST는 피인용도 부문에서 2년 연속 국내 1위 자리를 지켰으며, 아시아 전체에서도 11위를 차지해 우수한 논문의 질을 인정받았다. 평가기간인 2014년부터 2018년까지 UNIST에서 발표된 논문 수는 4,821건으로, 피인용 횟수는 12만 984회를 기록했다.
이용훈 총장은 “연구의 질적 우수성을 강조하며 융합 연구를 추진해온 것이 꾸준히 좋은 성과로 이어지고 있다”며 “학계의 주목을 받는 뛰어난 연구를 배출할 수 있었던 건 각자의 자리에서 최선의 노력을 다 해준 구성원들 덕분”이라고 말했다.
김창배 기자 [email protected]
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50년 이하 대학 중 국내 3위… 아시아에선 국내 7위, 세계 23위
유니스트 캠퍼스 전경11년 역사의 젊은 대학인 UNIST(총장 이용훈)가 세계대학평가에서 연이어 우수한 평가를 받고 있다.
UNIST는 24일 발표된 ‘2020 THE 신흥대학평가(Young University Rankings)’에서 지난해 대비 3계단 뛰어오른 세계 17위를 차지했다고 밝혔다. 국내로는 3위이며 연구의 질을 측정하는 피인용도 점수에서는 국내 1위, 세계 24위에 이름을 올렸다.
영국의 대학평가기관 THE에서 발표하는 신흥대학평가는 개교 50년 이하의 젊은 대학을 대상으로 이번 평가에는 총 414개 대학이 참여했다. UNIST는 2018년 24위로 시작해, 2019년 20위, 올해 17위로 매년 순위를 끌어올리며 상승세를 지속하고 있다.
세부지표에서 논문피인용도 점수는 91.3점으로 국내대학 중 가장 높았다. 이외에도 교육여건, 연구실적, 산학협력 수입, 국제화 등 개별 평가항목의 점수가 지난해 대비 향상된 것으로 나타났다. 특히 산학협력 수입 분야는 10점 이상 점수가 상승(70.1→80.5)하며 높은 평가를 받았다.
이번 신흥대학평가에서는 홍콩과기대(HKUST)가 1위에 올랐으며, 난양공대(NTU), 파리과학인문대학(PSL), 성안나고등과학원(SSAS)이 그 뒤를 이었다. 국내 대학 중에서는 KAIST가 세계 5위로 가장 높았고, 8위에 오른 POSTECH과 UNIST가 20위 안에 이름을 올렸다.
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이용훈 총장은 “연구의 질적 우수성을 강조하며 융합 연구를 추진해온 것이 꾸준히 좋은 성과로 이어지고 있다”며 “학계의 주목을 받는 뛰어난 연구를 배출할 수 있었던 건 각자의 자리에서 최선의 노력을 다 해준 구성원들 덕분”이라고 말했다.
김창배 기자 [email protected]
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