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[IT뉴스]스마트폰서 전기 덜 새게 하는 신 공정 기술

온카뱅크관리자

2025-10-13 11:27:30

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 <img alt="안지환 포스텍 기계공학과·반도체대학원 교수, 이규하 박사, 김병조 울산과학기술원(UNIST) 반도체소재부품대학원 교수, 선우영민 연구원. 포스텍 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202510/13/dongascience/20251013111753529yrwz.png" data-org-width="680" dmcf-mid="fVnfujP3L1" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202510/13/dongascience/20251013111753529yrwz.png" width="658">
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 안지환 포스텍 기계공학과·반도체대학원 교수, 이규하 박사, 김병조 울산과학기술원(UNIST) 반도체소재부품대학원 교수, 선우영민 연구원. 포스텍 제공.
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 스마트폰, 노트북 등에 전기를 효율적으로 담을 수 있는 새로운 공정 기술이 개발됐다. 차세대 전자 소자 및 에너지 저장장치를 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 
 포스텍은 안지환 기계공학과·반도체대학원 교수 연구팀과 김병조 울산과학기술원(UNIST) 반도체소재부품대학원 교수 공동 연구팀이 차세대 반도체 소자의 성능을 높일 공정 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.
 스마트폰과 같은 전가기기에는 데이터를 잠시 저장하는 공간이 존재한다. D램(DRAM)과 같은 메모리 반도체 소자가 임시 저장 공간 역할을 한다. D램 속의 작은 부품인 ‘커패시터’가 데이터를 담는 전기 그릇이다.
 커패시터가 전기를 잘 담으려면 전기를 효율적으로 담을 수 있는 ‘고유전막’ 벽이 필요하다. 고유전막은 전하를 저장할 수 있는 절연막이다. 고유전막 중 ‘알루미늄이 도핑된 산화 티타늄’(ATO)은 전기를 저장하는 능력인 유전율이 높고 전류 누설을 막는 기능을 한다. 
 기존 ‘원자층 증착(ALD)’ 공정으로 ATO를 제작하면 도핑된 알루미늄 때문에 격자 구조의 정렬이 저하되고 산소 결함이 생기면서 소재가 불안정해지고 전류가 새는 문제가 발생한다. 
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 <img alt="연구팀이 구현한 차세대 원자층 공정 및 시뮬레이션 모식도. 포스텍 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202510/13/dongascience/20251013111754871ulic.png" data-org-width="680" dmcf-mid="49mLPlNfn5" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202510/13/dongascience/20251013111754871ulic.png" width="658">
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 연구팀이 구현한 차세대 원자층 공정 및 시뮬레이션 모식도. 포스텍 제공.
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 연구팀은 ‘포스트 도핑 플라즈마’(PDP)라는 새로운 공정을 도입했다. 연구팀은 원자층이 증착된 산화 티타늄 유전막 위에 산화 알루미늄 원자층을 한 층 증착한 뒤 표면에 아르곤과 산소 플라즈마를 노출시켰다. 플라즈마는 기체가 전기적으로 활성화돼 이온 등 활성종으로 존재하는 상태다. 
 플라즈마 노출 결과 플라즈마 이온의 운동 에너지가 박막 표면에 전달돼 알루미늄 원자가 유전막 내부로 퍼지고 흐트러졌던 격자 구조가 재정렬됐으며 산소가 부족한 자리는 채워졌다. 전자를 담는 그릇의 벽이 단단하고 매끄럽게 정렬된 효과가 일어난 것이다.
 연구팀은 실험을 통해 새로운 공정을 거친 D램 커패시터는 유전율이 약 30% 높아지고 전류가 새는 양(누설전류)은 최대 40배 가까이 줄어든다는 점을 확인했다. 
 연구팀은 시뮬레이션을 통해 플라즈마 속 아르곤 이온이 유전막 표면에 에너지를 전달해 알루미늄 원자가 격자 구조 내 제자리를 찾아가 결정 구조를 재정렬한다는 원리도 밝혀냈다. 원자 수준에서 소재의 움직임과 구조를 이해하고 실제 반도체 제작 공정에서 구현했다는 점에서 학술적·실용적 의미가 있다.
 안지환 교수는 “이번에 개발한 원자층 공정 기술은 D램뿐 아니라 차세대 전자 소자와 에너지 저장 장치에도 폭넓게 활용할 수 있다”며 “세계적인 반도체 경쟁에서 한국의 기술력을 강화하는 기반이 될 것”이라고 말했다.  
 김병조 교수는 “플라즈마와 물질이 상호작용하는 원리를 원자 수준에서 밝혀낸 것 자체가 의미가 크다”며 “이번 성과는 글로벌 반도체 경쟁 속에서 국내 공정 기술의 경쟁력을 높이는 계기가 될 것”이라고 전했다. 연구결과는 국제학술지 ‘국제극한제조저널’에 발표됐다. 
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1088/2631-7990/ae037b
 [문세영 기자 moon09@donga.com]
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