새로운 배선 물질이 열어갈 반도체의 미래

지난해 12월 13일, 본교 전자전기공학부 김준석 교수가 저자로 참여한 논문 “Addressing interconnect challenges for enhanced computing performance”가 세계적인 학술지 사이언스(Science)에 게재됐다.

김준석 교수는 매사추세츠 공과대학교(MIT) 김지환 교수, 삼성종합기술원(SAIT) 연구진과 함께 반도체 성능 향상을 위한 새로운 배선 물질의 필요성을 다룬 리뷰 논문을 발표했다. 본 논문에서는 기존 트랜지스터 미세화 방식과 배선 기술의 문제점을 정리하고, 더 나은 배선 물질을 개발하기 위한 전략을 검토했다. 김준석 교수는 “새로운 배선 물질의 연구와 개발에도 트랜지스터 미세화만큼의 관심과 투자가 필요하다”고 강조했다.

반도체 기술은 트랜지스터의 크기를 줄이는 데 초점을 맞춰 발전해 왔다. 그러나 이제는 단순한 트랜지스터 미세화(scaling)만으로 성능을 향상시키는 데 한계가 있다. 트랜지스터가 작아지면 배선도 그에 맞춰 축소되는데, 이때 배선을 구성하는 금속 물질의 저항이 증가한다. 저항이 기하급수적으로 증가하면 전력 손실이 커지고, 결국 트랜지스터의 동작 속도에도 제약이 생기기 때문이다.

본 논문은 새로운 배선 소재와 3차원 적층 기술을 탐색하며, 차세대 반도체 기술 발전 방향을 제시했다. 현재 산업계에서는 구리(Cu) 외에도 루테늄(Ru)과 코발트(Co)와 같은 금속을 시험적으로 도입하고 있다. 그러나 이러한 접근 방식은 단기적인 해결책에 불과하며, 장기적으로는 새로운 금속성 나노 물질에 대한 기초 연구가 요구된다. 김준석 교수는 새로운 후보 물질에 관한 연구가 응용 단계에 이르기까지 상당한 시간이 소요되는 만큼, 학계에서 지속적이고 활발한 연구가 이루어져야 한다고 강조했다. 아울러, 실제 산업에 적용되기 위해서는 공정 호환성과 안정성 등 산업계의 요구 조건을 연구에 충분히 반영하는 것이 중요하다고 덧붙였다.

김준석 교수는 지난해 본교 전자전기공학부에 부임하여 차세대 배선 물질을 비롯한 반도체 소재와 소자 연구를 본격적으로 시작했다. 그는 본교를 선택한 이유에 대해 “우수한 학생들과 뛰어난 교수진의 연구 역량뿐 아니라, 산업체와의 긴밀한 연계를 통해 실용적이고 혁신적인 연구 성과를 도출할 수 있는 최적의 환경이 마련되어 있기 때문”이라고 전했다. 김준석 교수는 차세대 반도체 기술 패러다임을 선도하는 것을 목표로 혁신적인 배선 물질과 반도체 소자를 개발하고, 새로운 동작 메커니즘을 기반으로 한 정보 소자 연구에도 도전할 계획이다. 또한 산업체와 협력하여 실용적인 연구 성과를 창출하는 한편, 다양한 실험과 토론을 통해 본교 학생들이 폭넓은 연구 역량과 논리 전개 능력을 갖춘 엔지니어로 성장할 수 있도록 지원할 예정이다.

김준석 교수의 연구가 반도체 산업의 미래를 이끌 혁신적인 해법을 제시하며, 향후 반도체 기술 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.

온라인커뮤니케이션실 백단하 기자