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나노반도체기술은 나노재료나 제작기술을 이용하여 미세한 구조의 반도체 재료 및 소자를 만드는 기술을 말한다. 다른 특성을 갖는 반도체 층들을 결합해 더 우수한 특성을 발현시키는 것이 나노반도체기술의 핵심이다. 최근에는 여러 종류의 재료들이 사용되고 있으며, 반도체 기술의 근간이 되는 규소계열 소자에도 적용되기 시작했다. 수 nm 두께의 나노반도체들을 층층이 쌓으면 새로운 초고속 소자의 구현이 가능해진다.
# 초고속 소자와 회로는 왜 필요한가
정보화 사회의 발달에 따라 개인이 필요로 하는 정보량은 급속히 증가하고 있다. 따라서 초고속 이동통신 및 광통신의 지속적인 발전도 요구된다. 통신시스템의 초고속화를 구현하기 위해서는 초고속 소자 및 회로에 대한 개발이 필수적이다. 현재의 휴대형 이동통신은 1∼2GHz의 주파수 대역을 활용하고 있다. 앞으로 40∼120GHz의 더 높은 주파수를 사용하게 되면 전송속도가 4배 이상 빨라진다. 당연히 고객에게 제공될 정보서비스도 더욱 다양해지게 된다. 물론 초고속 첨단 시스템의 성공적 개발을 위해서는 소자의 제작 및 집적화를 위한 복합적 기술이 동시에 개발되어야 한다.
# 초고속 나노 반도체 기술 확보
우선 반도체 게이트의 길이를 포함한 구조를 줄임으로서 소자의 동작속도를 향상시킬 수 있다. 따라서 수십 나노대의 게이트를 만드는 것이 초고속 집적회로 및 광통신 분야의 핵심 기술이 된다. 우리 사업단(테라급나노소자사업단)의 연구진은 게이트 길이를 안정적으로 줄일 수 있는 공정을 최근에 개발하는 데 성공했다. 이 공정 기술을 이용하여 15nm의 게이트 길이를 갖는 초고속 나노 소자를 개발했다. 또 이들 기술을 응용하여 차량용 레이더의 핵심 부품을 개발하는 데 성공했다. 이는 미국 유럽 등과 어깨를 나란히 할 수 있는 연구 성과이다. 우리 연구진은 여타 초고속 디지털 정보처리 시스템에 응용될 수 있는 다양한 설계 제작 기술도 확보했다.
# 연구결과 및 미래의 비전은
이러한 연구에서 수십 nm 대역까지의 나노 초고속 소자를 개발함으로써 초고속 특성을 구현하였다. 나노 소자를 바탕으로 다양한 밀리미터파 회로들을 성공적으로 개발하였고, 미래형 첨단기술인 양자소자 기술의 개발에도 성공했다. 또 이들 기술을 바탕으로 다양한 양자 회로들을 설계·제작하였다.
특허 등을 통하여 원천 기술을 확보함으로써 현재 나노급 초고속 소자 및 회로 분야에서 세계적인 기술 경쟁력을 입증하였다. 우리 연구진에 의해 개발된 기술이 국내 연구개발 파트에 중요 기술로 제공되고 있다. 앞으로 밀리미터파 부품시장 활성화뿐 아니라 국방 및 항공·우주 관련 부품 산업에도 파급효과가 클 것으로 기대된다. 또한 나노·양자 소자 및 회로 연구 결과들을 기반으로 향후 새로운 테라급 소자 및 회로 연구를 할 수 있게 됐으며, 오래지 않아 차세대 소자 기술을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
서광석 서울대학교 전기공학부 교수
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