한국나노기술원은 과기정통부 산하 한국연구재단에서 지원하는 나노·소재원천기술개발 사업을 통하여 서울대학교 서광석 교수, 연세대학교 고대홍 교수와 공동으로 III-V족 화합물 반도체 나노와이어 소재의 성장 기술을 개발하는 데 성공했다.

이번 연구 성과는 지난 2월 중순 개최된 제27회 한국반도체학술대회에서 발표되었으며, 화합물 반도체 나노와이어 성장 기술은 미국 MIT가 선정한 10대 미래 유망기술에 포함되어 있다. 향후 나노 트랜지스터와 나노 레이저, 메모리, 화학감지용 센서 등 나노소자 제작에 활용될 수 있는 핵심 기술로 평가받고 있다.

최근 반도체 트랜지스터의 미세화(scaling) 공정을 위하여 나노와이어 트랜지스터의 필요성이 대두되고 있으며, 기존의 Top-down 방식의 나노와이어 트랜지스터 제작 방법은 식각 공정 시 나노와이어 측벽에 발생하는 플라즈마 손상(plasma damage)에 의하여 소자 성능을 크게 저하하는 문제를 가지고 있다. 이를 극복할 대안으로 Bottom-up 방식의 나노와이어 성장 방법은 플라즈마 손상 없이 깨끗한 계면을 가지는 트랜지스터 소자 제작이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 이러한 방식의 MOCVD 선택적 영역 성장을 이용한 III-V 나노와이어의 성장 시 원치 않는 부위에 나노입자가 성장되는 기생 성장 및 나노와이어의 지름이 넓어지는 측면 성장의 문제가 발생하며 이 두가지 현상 모두 소자의 미세화 공정과 수율에 악영향을 끼치게 된다.

이에 한국나노기술원은 MOCVD 선택적 영역 성장 방식의 InAs 및 InGaAs 나노와이어 성장에 관한 연구를 진행하였다. 나노홀 패턴이 있는 기판 상에 나노와이어 성장 온도와 반응물질 농도 조절을 통해 기존의 문제점 이였던 기생 성장과 측면 성장 문제를 해결하였다. 또한, p-type InP 기판 위에 Si 불순물 주입이 된 n-type 나노와이어를 성장하여 전기적으로 PN 접합(PN junction)을 확인하였으며, 고분해능 투과전자현미경을 통하여 성장된 나노와이어의 결정 특성을 규명하였다.

이번에 개발된 연구 성과는 국내 최초로 MOCVD 선택적 영역 성장을 이용하여 InAs 및 InGaAs 나노와이어를 성장한 결과로 향후 나노와이어 전자 소자, 나노와이어 광소자, 고성능 나노와이어 센서 등 다양한 응용 분야에서 사용될 수 있는 기초 기술을 확보했다는 점에서 큰 의의가 있다. 또한 미래 차세대 정보통신 나노소자에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 수원 광교테크노밸리에 부지 33,963m2, 건평 50,394m2 규모로 들어선 한국나노기술원의 연구벤처동과 클린룸은 다양한 나노팹장비를 갖추고 관련 업체에 이용자 중심의 팹서비스를 제공하고 있다. 클린룸에는 나노 R&D지원 라인과 나노 리소패턴 지원라인, 나노 산업화 지원라인, Si BEOL & MEMS 지원라인, 후공정지원라인, 시험분석실 등 일괄공정과 개발된 기술의 산업화 촉진 등을 위한 200여대의 반도체 장비 및 시설을 갖추고 있으며 지난해 말부터 시스템반도체 중소팹리스 기업의 시제품 제작 지원을 위한 원스톱 테스트베드 구축에 전념하고 있다.