화학 식각법 이용 무결함 3차원 반도체 구조체 개발

- 글로벌융합공학부/기술원 오정우 교수 연구팀
- 영국 왕립화학회 ‘J. of Materials Chemistry A’ 표지 논문 게재

공과대학 글로벌융합공학부 오정우 교수(사진 왼쪽), 송윤원 연구원(사진 오른쪽)이 금속촉매와 화학 식각법(화학용액과 반도체의 산화환원반응을 이용해 반도체의 필요한 부분만을 남기고 나머지를 제거하는 것)을 이용한 3차원 나노반도체 구조제작 기술을 개발했다. 연구 프로젝트에는 금오공과대학교 오일환 교수가 함께 참여했다.

이번 연구 결과는 8월 7일자 ‘저널 오브머터리얼스케미스트리 에이(Journal of Materials Chemistry A)’ 표지 논문으로 선정됐다. 이 저널은 세계적인 재료화학 분야의 권위지이며 영국 왕립화학회(RSC : Royal Society of Chemistry)가 발간한다. [논문 제목 :　In-plane and out-of-plane mass transport during metal-assisted chemical etching of GaAs]

금속촉매를 사용한 화학 식각 기술은 반도체를 식각하는 기존의 기술과 비교하여 우수성을 가진다. 먼저 습식식각과 비교하면 공정이 단순한 장점이 있다. 또한 기존의 식각 특성과는 다른 비등방성 식각 특성으로 높은 종횡비를 가지는 소자 제작이 가능하다. (비등방성 식각이란 식각에서 비등방성은 수평/수직 방향의 식각속도가 차이가 나는 경우를 말한다. 수평 방향 대비 수직 방향의 식각 속도가 클 경우 높은 종횡비의 구조체 제작이 가능해진다.) 또한 식각 시 반도체의 표면에 결함을 형성하는 기존의 건식 이온 가속 방식과는 다르게 진공장비를 이용하지 않고 상온상압에서 화학반응을 이용함으로써 무결함 구조체를 형성한다. 이를 통해 나노 스케일의 미래 화합물 반도체 신재생에너지변환소자(태양전지 등)와 저전력 정보처리소자(화합물 반도체 트랜지스터, FinFET)를 3차원 구조로 제작함으로써 성능을 크게 높이는 기술이다.

연구진은 “지금껏 명확히 규명되지 않았던 GaAs(Gallium arsenide, 3족원소 Ga(갈륨)과 5족원소 As(비소)의 화합물로 이루어진 반도체) 화합물 반도체의 화학 식각 원리를 금속촉매를 통한 전해질과 반응물의 수평, 수직 방향의 물질 이동 현상을 해석하여 규명했다.”고 밝혔다. 이로써 금속촉매를 사용한 화학 식각 기술을 화합물 반도체 소자 제작에 적용하기 위해 필요한 현상 해석에 대한 기반을 마련하였을 뿐만 아니라, 공정에서 필요한 금속촉매의 두께에 대한 가이드를 제공할 수 있게 됐다. 

오정우 교수 외 연구진은 이번 기술을 화합물 반도체 소자에 적용하여 향후 고효율 또는 저전력을 이루어낼 수 있는 다양한 기술 개발에 더욱 박차를 가할 예정이다.

한편, 이 연구는 한국연구재단 일반연구자 지원사업과 미래창조과학부 및 정보통신산업진흥원의 IT명품인재양성사업의 지원을 받아 수행됐다.