서울시립대학교 BK21 반도체나노기술연구팀

[누더기]

서울시립대학교 BK21 반도체나노기술연구팀

http://nanoscience.uos.ac.kr/man.html

참여인력

연구분야

구성도

교 수 님

			박 경 완    이학박사 서울시립대학교 나노과학기술학과 | 교수 kwpark@uos.ac.kr
			차세대 비휘발성 NFGM 기술 응용을 위한 nc-Si 형성 공정 개발 실리콘 나노선 이용의 양자 트랜지스터 기초 구조 구현 실리콘/금속 계면의 공정 변수에 따른 Schottky barrier 특성 조사 연구 실리콘 미래 신소자 원천기술 양자간섭/관통을 이용한 반도체 나노전자소자 기술 게이트 길이 50 nm의 SOI MOSFET 선행 기술 연구

			석 중 현    이학박사 서울시립대학교 나노과학기술학과 | 교수 sokjh@uos.ac.kr
			전자소자 고체전자성 초전도 자성 및 자성체 강유전체 탄소나노튜브

			홍 완 식    공학박사 서울시립대학교 나노과학기술학과 | 교수 wshong@uos.ac.kr
			Thin Film Transistors Flexible Display / Electronic Paper Radiation Detection Systems Chemical Vapor Deposition Process

사업의비젼 및 목표 미래가치 연구분야별 중요성 특성화 전략

사업의 비젼 대학본부, 정부, 서울시의 지원으로 나노과학기술 및 나노공학과의 특성화에 힘쓴다. 반도체 나노기술 교육의 첨단화와 심도높은 교과과정개편을 통하여 전문인력을 양성한다. 신진연구원과 전임교원 확충, 참여연구진들의 자율경쟁을 통하여 선진형 연구중심의 대학원으로의 발전을 모색한다. 새로운 반도체 나노과학기술을 토대로한 새로운 응용 공학을 추구한다. 양성된 반도체 나노기술 핵심인력들을 세계적인 경쟁력을 가진 전문연구인력으로 성장시켜서 산, 학, 연 모두에서 프로티어 인력으로 기여토록한다. 사업의 목표 반도체 나노기술에 핵심 전문 연구인력의 배출 석박사급 20명 이상의 양성 배출을 목표 7년간 SCI급 80여편을 발표 세계적 브랜드의 반도체 나노기술 연구팀으로 성장

사업의 비젼 및 목표 연구분야별 중요성 특성화 전략

미래가치 나노기술은 전 세계 선진국이 미래기술의 선점을 위하여 중점적으로 기술개발을 추진하고 있으며, 우리나라도 미래 산업기술 개발을 위한 6T 중에 포함하여 중점적 기술 개발 투자가 이루어지고 있음. 반도체 나노기술은 나노기술의 핵심적 시발점이었으며, 나노기술의 상업화에 중점기술을 제공할 것으로 예상하여, 우리나라의 미래 유망 과학기술 21에 나노 고기능성 소재 기술 분야에 포함되어 있고, 21세기 IT산업을 견인할 프론티어 과학기술임. 반도체 나노기술은 우리나라가 추구하고 있는 차세대 성장동력 중에 큰 부분을 차지하고 있으며, 차세대 비휘발성 메모리소자, 테라급 나노전자소자 및 반도체 비메모리 SoC(System-on-Chip) 기술로 분류되는 차세대 반도체 소자 기술의 국가 성장동력에 기술적 토대가 되는 중요한 기술임. 현재 기술개발이 한창인 첨단 디스플레이 기술은 반도체 기술에 뿌리를 두고 개발되어 왔으며, 반도체 나노기술이 미래형 디스플레이 기술에 원천기술 혹은 중점 요소 기술로 활용될 것으로 예상하여, 우리나라의 수출에 관련 반도체 기술이 30% 정도 차지하는 비중을 고려할 때 반도체 나노기술은 우리나라의 국부 창출 분야에 큰 자리를 차지하고 있음. 21세기의 시작과 함께 전 세계적으로 나노 과학기술 개발 경쟁이 가속화되고 있으며, 2010년경에는 나노기술의 산업화를 위한 기본적인 응용기술이 준비 될 것으로 예측하고 있다. 나노 과학기술의 발전은 전통 제조 산업의 활성화뿐만 아니라, IT, BT, ET 등 국가 핵심 전략산업을 한층 고도화시키는 기반적 개념의 기술로서 미래의 국가 경쟁력 확보에 중대한 영향을 미칠 것으로 예상한다. 나노기술은 물질을 원자, 분자 단위 수준에서 분석, 조작하는 기술로 정보기술(IT)과 바이오기술(BT) 등 미래 유망기술의 발전에 주춧돌 역할을 하며, 반도체, 자동차, 철강 등 전통산업의 경쟁력 한계를 극복하는데 기여할 핵심기술이다. 또한 화학 및 바이오 분야에서도 생체센서, DNA 칩 및 소재기술로 파급되는 고부가가치 신산업 창출기술로 각광받고 있다. 이러한 나노과학기술의 특징은 기존의 기술 분야(물리, 화학, 재료, 전자, 생물 등)들을 횡적으로 연결함으로써 새로운 기술 영역을 구축하여 기존 인적 자원과 학문 분야 간 시너지 효과를 유도하는 학문 간 경계가 없는 학제간(Interdisciplinary) 기술이고, 나노구조물의 분석, 제어, 합성의 전 과정을 극미세 수준(≤100㎚)에서 제어하기 때문에 고기능의 집약을 달성할 수 있으며, 개별 원자 혹은 분자를 조작 및 제어하여 나노 구조체를 제작하기 때문에 자원손실을 최소화 하고 여태까지 없었던 새로운 성능을 구현할 수 있고, 이러한 특성이 재료, 전자, 광학, 에너지, 우주항공, 의학 등의 모든 산업분야에서 응용이 가능하여 막대한 기술적, 경제적 파급효과를 창출하는 경제성이 있다. 또한, 나노 소재와 소자 분야에서 기존의 특성보다 훨씬 향상된 물리?화학적 특성 그리고 기계?전자적 특성을 구현할 수 있다. 따라서 나노과학기술의 중요성과 핵심성으로 인하여 국내에서는 우리가 투자해야 할 6T 중의 하나로 많은 연구개발 투자와 더불어 세부 기술 분야에서 기술개발이 한창이다. 핵심적인 나노기술의 응용 분야를 살펴보면, 전자/통신, 기계/재료, 생명공학, 환경/에너지 기술 분야로 나눌 수 있는데, 그 중에서도 전자/통신 분야는 우리나라의 차세대 성장 동력과 미래 유망과학기술에서 큰 몫을 차지하고 있다.

연구분야별 중요성 사업의 비젼 및 목표 미래가치 특성화 전략

반도체 나노전자 및 전광소자 분야의 중요성 지수함수적인 정보통신 서비스의 발달 및 관련한 국내 반도체 및 정보통신 산업의 국제 경쟁력 제고의 측면에서, 가장 수요가 큰 미래의 휴대용 멀티미디어 정보단말 기술에 필수적인 실리콘 기반의 50 GIPS/ 1 GB/ 0.1 W/ 1 cm2의 고집적/저전력성, 200 GHz의 고속성 및 광배선의 성능 구현을 위한 핵심 원천 실리콘 나노소자 기술의 창출이 필수적이다. 이를 위하여 고집적/저전력 성능을 위한 전자소자 기술로서 bulk-Si 대신 SOI를 기반으로 하는 나노 SOI-MOSFET 기술과 광배선을 목표로 하는 Si 기반의 고효율의 발광 소자 기술이 핵심 기술로서 이의 원천 기술 확보가 시급하다. 또한 장기적인 안목에서 CMOS 대체소자의 구도로서 소자의 미세화에서 나타나는 양자효과를 능동적으로 적극 활용하여 소자의 근본 동작원리로 이용하고자 하는 양자 전자소자 기술의 확보가 필수적이다. 미래의 정보화 사회가 요구하는 단위소자의 고집적, 초고속, 저전력 소모, 그리고 신기능성은 기존 소자의 단순 축소화에 의하여 어느 정도 충족되나, 최소 선폭 수십 nm 이하의 크기에서 나타나는 양자 효과로 인해, 고전적 소자 동작의 한계를 초래하는 부정적인 측면을 갖고 있다. 그러나, 한편으로는 전자의 파동성에 의한 양자 효과를 적극적으로 이용하는 신기능 양자소자의 필연적인 출현을 예고하는 긍정적인 측면도 갖는다. 이러한 양자역학적 효과는 초고집적, 초고속, 저전력 그리고 신기능의 미래형 전자소자의 특성을 구현하는데는 극한적이고 근원적이며 근본적인 자연 특성이다(아래 그림 참고). 따라서, 반도체 초미세 구조에서 전자의 양자 효과를 이용하고자 하는 양자전자소자 기술은 현재의 성능을 뛰어넘는 테라급 정보저장의 반도체 메모리소자, 100 GHz 대의 응답 속도를 갖는 초고속 반도체소자, 양자 신기능 특성을 갖는 반도체 프로세서와 논리소자, 그리고 저전력 소모의 반도체소자 등에 요구되는 모든 미래 전자 소자의 핵심 기술이며, 고전적 반도체 전자소자 기술을 대체하게 된다. 양자 전자 소자의 특성 비 휘발성 반도체 나노 플로팅 게이트 메모리 소자 분야의 중요성 현재의 정보화 사회는 과거 수 십년간 지속적이고도 빠른 속도로 성장한 IT 기술에 기인하고 있으며, 이러한 정보화 시대에서 대용량의 정보를 효율적으로 저장, 관리, 처리하는 것은 매우 중요하다. 향후 우리사회의 발전방향 및 control system 형태는 장소와 시간에 구애받지 않고 언제, 어디서나 원하는 시스템에 접속하여 정보를 주고받고, 그 system을 control 할 수 있는 무선 통신 근간의 ubiquitous communication 사회로 갈 것이며, 이 경우 무선 단말기에서 필연적으로 저전압에서 동작하며, 고집적도, 저소비 전력의 특성을 갖는 비휘발성 메모리 기술과 SoC 통합 chip 기술은 매우 중요하다. 미래 정보화 시대에 가장 적합한 차세대 메모리 기술과 IT기반의 멀티미디어 서비스 구현에 따라 SoC기반의 내장형 비휘발성 메모리 기술이 미래 고품질의 정보화 사회를 지속적으로 가능하게 할 것이다. DRAM 주도의 메모리 시장이 mobile product 및 IT 기술의 발달로 다양한 메모리 제품으로 구성되기 시작했으며, 그 중에서 플래쉬 메모리 시장이 크게 증가할 것이다. 또한, 차후 연장선상에서 나노 플로팅 게이트 메모리가 비휘발성 메모리 시장의 대부분을 차지할 것이다. 향후 플래쉬 메모리 시장 규모는 2007년에는 22,437 백만 달러, 2013년에 100,000 백만 달러에 이를 것이며, 이 시장을 대체 할 것으로 예상하는 차세대 나노 플로팅 게이트 메모리 기술에 핵심적으로 응용하는 CVD 기법의 nc-Si 형성 기술은 차세대 비휘발성 메모리 기술 시장에서 경제적 산업적으로 매우 중요한 역할을 할 것이다.(일본의 닛케이 마켓 액세스의 전망에 의하면 2003년 올해 세계의 플래쉬 메모리 시장은 지난해 보다 2.6배 증가한 110억 달러 규모에 이를 것으로, 특히, 이동전화에 주로 사용되는 NOR형(DINOR형 포함) 플래쉬 메모리의 비중은 84%에 달할 것으로 예상함) 데이터궤스트에 따르면 2002년에서 2007년까지 NAND형과 NOR형 플래쉬 메모리의 출하량 기준 연평균성장률 (CAGR)이 각각 88.4%와 62.1%에 달할 것이라고 전망하고 있으며, 또한 올해 DRAM을 포함한 세계 반도체시장 성장률이 11% 수준이었던 것에 비하면, 플래쉬 메모리 시장은 60% 이상의 성장률을 보이고 있어 플래쉬 메모리에 이은 차세대 비휘발성 메모리 기술개발에 치중하여 성공한다면 국가의 발전을 이룩할 수 있는 충분한 성장동력이 될 것이다. Microprocessor, 메모리를 비롯하여, 유무선 통신용 SoC 및 휴대용 정보통신기기 등에 관련한 반도체 전자소자의 시장 규모는 2001년 2,090억불이었으며, 점차 정보통신 및 디지털 가전 기술 발전이 가속화됨에 따라 2010년 4,800억불로 증가가 예상된다. 국내 반도체 산업은 ‘92년 64MD램 개발 이후 선진국을 추월하여 DRAM 부분 세계 1위의 기술을 보유하여 세계 시장의 38%를 점유하고 있으며, 2005년에 한국 반도체산업은 메모리의 경우 50 ~ 60조원으로 예상되며, 차세대 비휘발성 메모리가 상당 부분 시장을 점유할 것이다. 디스플레이 나노 기술 분야의 중요성 정보화의 심화 및 보편, 대중화에 따라 인류의 정보에 대한 욕구가 점차 커지게 되었으며, 최근에는 폭발적인 이동 통신의 발달에 따라서 정보전달의 매체 (Man-Machine Interface) 인 표시소자 분야에서는 장소, 시간에 구애됨이 없이 초경량, 저전력의 휴대가 간편하면서도 화질이 우수한 초박막의 표시소자개발을 절실히 요구하고 있다. 그리고 차세대 정보표시소자 기술의 시장은 평면화, 고실감화, 대형화의 추세를 보이는데 이러한 경향에 부응하기 위하여 필연적으로 경량 박형의 저소비전력, 고화질에 대한 기술적인 성취가 선결되어야 한다. 특히, 인터넷, IMT-2000, PDA 등 정보이용 환경의 고도화 및 휴대화에 따라 차세대 표시소자는 응답속도, 시야각, 휘도, 소비전력, 생산성 및 가격 면에서 우수한 신기술개발이 절실히 필요하다. 디스플레이의 세계적인 시장전망은 2006년에 1000억불 규모이며 이중에서 유기 EL의 시장은 35억불로 예상되며(SRI, 2000년), 유기나노박막표시소자 분야의 기술수준의 발달에 따라 PCS, IMT-2000단말기, PDA, CNS, wearable PC, 10" 급 이상의 모니터, TV, 노트북 등이 나노급 디스플레이 기술을 필요로 할 것이며, 이와 함께 유기나노박막표시소자 기술은 20" 급 TV 모니터, 전자종이, 벽지용 디스플레이, roll-up display, 초대형 광고판 등의 유연성 있는 대형 디스플레이까지 응용 가능한 기술이다. 또한, 유기나노박막표시소자 기술의 연평균 성장률은 170 %로 PDP, LCD와 같은 다른 평판디스플레이 보다도 높은 성장률을 보이므로 (IDC 2000년) 범 국가적인 차원에서 집중적이고 시급성이 요구된다. 따라서 차세대 나노 구조표시소자기술은 박막화, 실감화, 고화질화를 나타내는 신개념의 플라스틱을 기판을 사용한 정보표시소자 구현기술로서, 구부림이 가능한 paper-like 디스플레이로 발전할 것으로 예상되므로 선도적인 핵심원천 및 기반 기술확보가 시급하다. 또한 디스플레이에 기본 광원 소자로 현재 쓰이고 있는 화합물 반도체를 재료로 한 LED/LD 소자 시장을 실리콘 소자로 부분 대체할 수 있다면 그 파급 효과는 막대할 것으로 예측된다. 실리콘은 화합물 반도체에 비해 가격이 현저히 싸기 때문에 훨씬 더 경쟁력이 있다. 또한 전 세계적으로도 실리콘 전광 소자 기술은 기술 개발의 초기 단계이므로, 국가적인 차원에서 연구개발사업에 착수하여 원천 기술을 확보하여 실리콘 반도체 산업의 중요한 핵심 부분을 선점하는 것이 그 어느 때보다도 중요하다. 한편, 최근 실리콘의 나노구조화를 통한 양자효과를 이용하면 상온에서도 실리콘 발광이 가능하다는 것이 알려지면서, 실리콘 전광 소자 연구가 급격히 증가하고 있다. 실리콘 LED(Light Emitting Diode) 기술을 발전시켜 디스플레이나, 실리콘 레이저를 구현하여 실리콘 광전 소자 기술을 확립하게 되면, 실리콘 집적 회로에 지금까지는 불가능하다고 생각되던 정보통신, 송/수신 기능을 부여할 수 있을 것이다. 즉, 실리콘 광전자 기술은 화합물 반도체 레이저, 광섬유, 실리콘 집적회로 소자 등의 여러 MCM (Multi-Chip Module)이 조립되어 있는 광전자 소자들을 단 하나의 칩에 집적 가능하게 할 수 있는 원천기술이며 그 상업적 가치는 매우 높다. 이러한 기술적 가치 외에도 실리콘 전광소자 기술은 현재까지 전자소자의 집적도 증가에만 치우쳐 왔던 실리콘 기술 개발의 새로운 발달 모델 및 패러다임의 전환이라는 의의를 가지고 있다. 즉, 실리콘 전광소자 기술은 이러한 획일적인 발전 모델에서 탈피하여 좀더 다양하고 새로운 방법을 통하여 실리콘 소자의 전체적인 기능성과 부가가치를 증가시키는 것을 가능하게 하는 새로운 접근 방법이다. 특히, 실리콘 전광소자 기술은 이미 확보되어 있는 실리콘 공정 기술의 천문학적인 infra-structure와 know-how 기술 등을 그대로 활용할 수 있다는 장점이 가장 매력적이다. 또한 실리콘 광전 소자 기술은 기존의 실리콘 기술의 패러다임을 바꿀 수 있을 정도로 획기적인 기술이 될 것이며, 따라서 실리콘 LED를 비롯한 실리콘 레이저가 구현될 경우, 디스플레이와 시스템을 하나의 칩에 구현하고 각종의 통신 부품이 저비용의 실리콘 칩에 제작 가능할 뿐 아니라, 광배선의 IC를 가능하게 하는 등, 반도체를 포함하는 정보통신 산업 전체에 엄청난 파급 효과를 수반할 것으로 예측된다.

특성화 전략 사업의 비젼 및 목표 연구분야별 중요성 미래가치

특성화 전략 본 연구팀은 현재 반도체 나노 공정 기술, 테라급 나노전자소자, 나노급 광소자(통신용, 가시광), 차세대 나노급 비휘발성 메모리, 디스플레이 나노 기술 등의 세부 반도체 나노기술 분야에서 과학기술부, 산업자원부 등의 국가연구 과제와 정부 출연연구소의 위탁과제를 성공적으로 수행하고 있다. 이러한 연구 수행에는 서울시와 서울시립대학의 특성화 지원이 큰 역할을 하고 있으며, 이에 맞추어 반도체 나노기술로 특성화된 국책연구 및 ETRI 등 위탁과제를 수행하고 있다. 앞으로는 본 BK21사업을 통하여 대학원 중심 교육이 안정화되면, 우리연구팀의 목표인 반도체 나노기술의 창출과 응용화를 위하여 삼성전자, 하이닉스, 동부아남, 아텍 시스템 등의 국내 반도체 관련 산업체와 위탁/공동 연구 수행, 인턴쉽 활용, 현장 실습, 기술 자문, 전문가 초빙 등을 추진하여, 학생들을 현장감있고, 효율적으로 교육시켜, 석/박사 졸업생이 반도체 나노기술 영역에서 전문가로 활동할 수 있도록 본 반도체 나노기술 대학원 중심 특성화 사업을 우리 나노과학기술학과 및 나노공학과의 특성화 사업으로 추진하고자 한다.