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[IT뉴스]레이저 한 번으로 반도체 성질 바꾼다

온카뱅크관리자

2025-10-21 08:57:28

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> DGIST, 산화·도핑 공정 줄인 신기술 개발 
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 권혁준 대구경북과학기술원(DGIST) 전기전자컴퓨터공학과 교수 연구진이 개발한 'LODI(Laser-Induced Oxidation and Doping Integration)’ 기술 개념도./DGIST
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 대구경북과학기술원(DGIST)은 권혁준 전기전자컴퓨터공학과 교수 연구진이 레이저 한 번의 공정만으로 반도체의 전도 성질을 바꾸는 신기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 복잡하고 긴 과정을 단일 공정으로 대체할 수 있어 반도체 제조 효율을 크게 높일 수 있다는 평가다.
 반도체는 전류를 전달하는 주된 입자에 따라 ‘n형’과 ‘p형’으로 나뉜다. n형 반도체는 음전하를 띤 전자(e⁻)가 이동하며 전류를 흐르게 하고, p형 반도체는 전자의 빈자리인 정공(h⁺)이 움직이며 전류를 만든다. 스마트폰이나 컴퓨터 같은 전자기기는 이 두 가지가 함께 작동하는 ‘CMOS’ 회로를 사용하기 때문에, n형과 p형 반도체를 모두 구현하는 것이 필수적이다.
 연구진은 그동안 ‘이상적인 반도체 소재’로 꼽히던 산화티타늄(TiO₂)에 주목했다. 이 물질은 독성이 없고 자원이 풍부하며, 열과 화학 반응에도 강하다. 하지만 결정 구조가 너무 안정적이라 전자의 빈자리(정공)가 잘 생기지 않아 n형 반도체로만 작동하는 한계가 있었다. 즉, 성능은 뛰어나지만 회로의 절반만 쓸 수 있는 셈이었다.
 이를 해결하기 위해 연구진은 ‘LODI(Laser-Induced Oxidation and Doping Integration)’ 기술을 개발했다. 금속이 산소와 결합해 새로운 물질이 되고(산화), 그 안에 다른 원자가 스며들어 전기적 특성이 달라지는(도핑) 두 단계를 한 번의 레이저 조사로 동시에 진행하는 기술이다.
 연구진은 얇은 티타늄(Ti) 금속 박막 위에 알루미늄 산화막(Al₂O₃)을 덮고, 여기에 레이저를 몇 초간 쏘는 실험을 했다. 그 결과 티타늄이 산소와 결합하면서 산화티타늄으로 바뀌고, 동시에 알루미늄 이온이 내부로 스며들었다. 이 과정에서 전자의 균형이 깨져 정공이 생기고, 결과적으로 전자 대신 정공이 전류를 전달하는 p형 반도체가 만들어졌다.
 기존에는 산화티타늄을 p형으로 바꾸려면 고온에서 수십 시간 동안 열처리를 하거나, 진공 상태에서 이온을 주입하는 복잡한 공정이 필요했다. 이런 방식은 장비가 비싸고 공정 시간이 길어 상용화에 큰 제약이 있었다.
 하지만 LODI 기술은 레이저 한 번, 단 몇 초 만에 같은 효과를 구현할 수 있다. 산화와 도핑, 그리고 미세 패턴 형성까지 한 번에 이루어지기 때문에 제조 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 차세대 반도체 제조 기술로 평가받고 있다.
 권 교수는 “산화물 반도체의 전도 특성을 정밀하게 제어할 수 있는 원천기술을 개발했다”며 “차세대 고집적·고신뢰성 반도체 소자 개발의 중요한 기반이 될 것”이라고 말했다.
 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘스몰(Small)’에 지난 2일 표지 논문으로 실렸다.
 참고 자료
 Small(2025), DOI: https://doi.org/10.1002/smll.70300
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