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[IT뉴스]차세대 2차원 반도체 한번에 10장씩 쌓는다

온카뱅크관리자

2026-11-04 14:07:26

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 한국재료연구원 "제조 공정 온도도 절반 수준" 
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 재료연 제공
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 차세대 2차원 반도체를 한번에 10장씩 제조하는 기술이 개발됐다. 600℃ 이상의 고온 환경이 필요하던 기존 공정을 350℃의 온도에서도 진행할 수 있다는 장점도 갖췄다.
 한국재료연구원(재료연)은 김용훈 지능형반도체재료연구센터장과 김지우 선임연구원 연구팀이 이승기 부산대 교수팀과 함께 350℃의 저온 환경에서 웨이퍼 10장에 2차원 반도체를 동시에 합성하는 기술을 개발하고 연구결과를 국제학술지 '나노스케일' 7월 1일자에 게재했다고 4일 밝혔다. 
 최근 인공지능(AI)과 고성능 컴퓨팅 기술의 발전으로 더 작고 성능이 뛰어난 반도체의 수요가 증가하고 있다. '2차원 반도체'는 원자 한 층으로 이뤄져 두께가 얇아 차세대 반도체로 주목받는다. 
 기존 2차원 반도체 제조 기술에는 600℃ 이상의 높은 온도가 필요한 공정이 포함돼 있다. 고온 환경은 이미 만들어진 반도체 소자에 손상을 줄 수 있고 제조한 소재를 다른 기판으로 옮기는 복잡한 과정이 필요해 2차원 반도체 상용화의 걸림돌로 꼽혔다. 
 연구팀은 350℃의 비교적 낮은 온도에서 웨이퍼 10장에 2차원 반도체를 동시에 형성하고 그 위에 트랜지스터까지 직접 제작하는 기술을 개발하는 데 성공했다.
 먼저 반도체 제조에 사용되는 둥근 판인 웨이퍼 표면에 산화주석(SnOx)을 얇게 입혔다. 산화주석을 350℃에서 황화수소(H2S) 가스와 반응시켜 약 3나노미터(nm, 1nm는 10억 분의 1m) 두께의 2차원 반도체 이황화주석(SnS2)을 합성했다. 
 연구팀은 지름 약 10cm의 웨이퍼 10장을 한 번에 처리하는 '배치형 공정'도 구현해 대량생산의 가능성을 보였다. 
 기존 2차원 반도체 생산 과정에는 한 기판에서 만든 얇은 반도체 소재를 떼 다른 기판으로 옮기는 '전사 공정'이 포함돼 있다. 소재를 옮기는 과정에서 손상이나 오염이 발생할 수 있어 제조 공정이 까다롭다. 
 연구팀은 기존 반도체 소재 위에 새로운 반도체를 바로 쌓아 만드는 기술도 개발해 2차원 반도체 제작 공정을 단순화했다. 
 연구팀은 이번에 개발한 기술로 트랜지스터 200개를 제작해 성능을 평가했다. 트랜지스터에 전류가 흐를 때와 차단됐을 때 전류량이 평균 약 30만 배 차이가 났다. 트랜지스터에 전류가 흐르는 상태와 차단된 상태를 명확하게 구분하면 회로가 안정적으로 작동하는 데 유리하다. 
 연구팀은 향후 기존 실리콘 반도체 위에 2차원 반도체를 직접 쌓는 기술을 검증하고 차세대 적층 반도체 기술로 발전시킬 계획이다.
 연구에 참여한 강성모, 정석진 재료연 연구원은 “앞으로 기존 반도체 소자위에 소자를 겹쳐 쌓는 집적 기술로 확장해 차세대 고집적 반도체 제조 기술의 산업적 활용 가능성을 높이겠다”라고 말했다.
 &lt;참고자료&gt; doi: 10.1039/d6nr00919k  
 [김소연 기자 lecia@donga.com]
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