나노기술 및 정책 정보

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  물질·재료연구기구(NIMS), 츠쿠바대학(筑波大學)은 차세대 반도체 재료로 주목받고 있는 실리콘 나노와이어(직경 20nm 이하)에 있어, 캐리어 제어를 위해 도입한 불순물의 상태를 비파괴·비접촉으로 검출하는 데 성공하고, 그 거동을 포착하는 데 최초로 성공했다. 이 성과는 NIMS 국제나노아키텍토닉스 연구거점(MANA) 후카타 나오키(深田直樹) 연구팀 및 츠쿠바대학 무라카미 코이치(村上浩一) 교수팀에 의해 얻어졌다.
  현재 반도체 트랜지스터 재료의 주류는 실리콘이며 성능 향상을 위해 그 사이즈는 해마다 축소되고 있다. 그러나 누설 전류의 증대, 발열문제 등에 의해 집적화와 성능 향상의 두 마리 토기를 잡는 데는 한계가 있는 실정이다. 그 해결책으로 1차원 나노와이어 구조가 주목받고 있다.
  1차원 구조의 실리콘 나노와이어를 트랜지스터 재료로서 이용하기 위해서는 캐리어 제어(pn 제어)를 위한 불순물 도핑이 중요하며, 도포된 불순물의 상태와 거동을 어떻게 조사하는가가 실용상 중요한 과제였다. 최근에는 나노와이어를 이용한 차세대 고효율 태양전지 재료의 개발도 주목받고 있는데, 나노 구조체 내의 불순물의 상태·거동의 이해가 급선무이다.
  연구진은 독자적으로 확립한 반도체 나노 구조체 내의 불순물의 상태평가법을 이용함으로써 캐리어 제어를 위해 도입한 도펀트(dopant) 불순물의 거동을 실리콘 나노와이어에서 검출하는 데 최초로 성공했다. p형 불순물인 붕소(B)와 n형 불순물인 인(P)의 거동은 완전히 달라, 붕소는 절연막인 산화막으로 나오기 쉽다는 것을 밝혀냈다. 또 응력을 이용하여 거동을 제어할 수 있다는 사실도 밝혀냈다.
  이번 연구에서 규명된 불순물의 거동, 특히 붕소가 절연막 측으로 나오기 쉬운 현상은 표면의 비율이 높은 나노와이어를 차세대 트랜지스터에 채용함에 있어 해결해야 할 과제다. 본 연구에서는 나노와이어에 대한 응력 제어가 하나의 열쇠를 쥐는 있다는 것을 밝혀내어 차세대 트랜지스터의 실현에 한 걸음 다가갔다고 할 수 있다. 또 본 평가방법은 태양전지의 평가 방법으로도 기대된다.
  본 연구는 과학기술진흥기구(JST) 연구과제「세로형 입체구조 디바이스 실현을 향한 반도체 나노와이어의 개발」의 일환으로서 이루어졌다. 본 연구 성과는 미국화학지 NANO Letters 에 게재되었다.