도쿄대, 2인치 기판서 원자 한 층 BCN 반도체 구현

도쿄대 연구진이 원자 한 층 두께의 붕소·탄소·질소(BCN) 반도체 박막을 직경 2인치 기판 전체에 균일하게 형성하고 트랜지스터 작동을 확인했다. 약 0.6나노미터 두께의 p형 2차원 반도체 소재를 넓은 면적에 구현한 연구 성과다.

연구 결과는 9월 30일 국제학술지 네이처에 공개됐다. 논문은 원료 분자의 반응 경로를 조절해 붕소·탄소·질소 원자가 균일한 결정 구조를 이루도록 했다고 설명했다. 네이처 논문과 도쿄대 발표에는 2인치 기판에서 단층막을 형성한 결과가 담겼다.

BCN은 붕소, 탄소, 질소로 이뤄진 물질이다. 연구진은 전기가 흐르지 않는 질화붕소 결정 위에 탄소를 천천히 공급해 탄소 원자가 뭉치는 현상을 줄였다. 원료 분자의 반응 시점을 조절해 세 원소가 결정 안에 균일하게 자리 잡도록 했다는 설명이다.

연구진은 박막으로 전계효과 트랜지스터를 제작했다. 네이처 논문은 전하 이동도 100㎠/V·s와 온·오프 전류비 10⁸을 측정값으로 제시했다. 도쿄대 발표에서는 서로 다른 세 차례 성장에서 제작한 소자 224개의 특성도 균일했다고 밝혔다.

이번 연구는 2차원 반도체의 p형 소재 후보를 넓혔다. 2차원 논리회로에는 전자를 운반하는 n형과 정공을 운반하는 p형 반도체가 함께 필요하다. 네이처 해설은 고성능 p형 소재의 부족을 상보형 2차원 전자회로 구현의 과제로 짚었다.

체인뉴스 ABMedia는 니혼게이자이신문 보도를 인용해 TSMC가 연구 지원을 시작했으며 2031년 전후 12인치 웨이퍼 구현을 목표로 한다고 전했다. 이 내용은 논문과 도쿄대 발표에 담긴 2인치 기판 연구 결과와 구분되는 별도 보도다.

논문에는 도쿄대와 일본 물질·재료연구기구, 국립대만대, 국립양명교통대, 중앙연구원 소속 연구자들이 참여했다. 이번에 확인된 결과는 2인치 기판의 균일한 BCN 박막과 트랜지스터 작동이다.