‘실리콘 나노와이어’ 상용화 앞당긴다

국내 연구진이 차세대 반도체 소자 재료로 각광받는 ‘실리콘 나노와이어(SiNW)’의 상용화를 앞당길 수 있는 방법을 찾아냈다.

KAIST 물리학과 장기주 교수팀은 “실리콘 나노선에 인(P)이나 붕소(B) 같은 불순물을 첨가했을 때 일어나는 전기적 특성의 변화와 이를 조절할 수 있는 메커니즘을 발견했다”고 2일 밝혔다. 이 연구 결과는 ‘나노레터스’ 최신호에 게재됐다.

반도체 분야는 최근 소형화의 한계에 직면하면서 탄소나노튜브(CNT)나 실리콘 나노선 등 신소재로 눈을 돌리고 있다.

이 중 실리콘 나노선을 반도체에 이용할 경우 전기가 흐르지 않는 실리콘의 특성을 살리기 위해 불순물을 첨가해야 한다. 하지만 실리콘선의 직경이 나노미터(㎚=10억분의 1m) 수준으로 작아지면 불순물 첨가가 어렵고 전기적 성질을 조절하는 것도 쉽지 않다.

연구팀은 이번 연구에서 인 원자를 실리콘 나노선에 첨가하면 가까이 있는 2개의 인 원자가 쌍을 이뤄 전자를 내놓지 못하고 따라서 전기전도도도 급격히 떨어진다는 사실을 알아냈다.

하지만 연구진은 이를 해결할 방법도 찾아냈다.

실리콘에 비해 전자의 수가 적어 양전하를 띠는 정공을 만드는 붕소를 첨가하면 나노선의 직경에 관계 없이 전기전도도를 일정하게 높여준다는 것.

장 교수는 “반도체 물질의 도핑 특성 이해는 반도체 소자 응용에 매우 중요하다”며 “실리콘 나노선의 직경이 작아질수록 인의 도핑 효율이 떨어진다는 것은 반도체소자 응용에 치명적 단점이지만 이 연구결과를 토대로 인의 도핑 효율을 높이는 다양한 방법일 개발될 수 있다”고 말했다.

/[e-mail] 이재원기자