미래 컴퓨터 칩 제조의 신뢰성을 높일 수 있는 간단한 표면 코팅 기술이 개발됐다.
미국 에너지부(DOE) 산하 프린스턴 플라스마 물리연구소(PPPL)와 프린스턴대 공동 연구팀은 16일(현지시간) 국제학술지 '물리화학회지 레터스'에 이 같은 연구 결과를 발표했다. 연구팀은 실리콘의 한계를 넘어설 차세대 반도체 소재로 주목받는 '이황화 몰리브덴'(MoS2)을 손상 없이 가공하는 방법을 찾아냈다.
이황화 몰리브덴은 원자 3개 두께의 초박막 신소재다. 이 소재로 트랜지스터를 만들려면 플라스마를 이용해 가장 위쪽의 황 원자층만 정밀하게 제거해야 한다. 하지만 이 과정에서 아래층인 몰리브덴까지 손상될 위험이 커 공정 제어가 어려웠다.
연구팀은 이황화 몰리브덴 표면을 산소나 불소로 미리 코팅하는 간단한 방법으로 이 문제를 해결했다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과, 표면 코팅 시 황 원자를 떼어내는 데 필요한 에너지가 기존 약 30전자볼트(eV)에서 불소 코팅 시 약 10eV, 산소 코팅 시 약 14eV까지 크게 낮아지는 것으로 나타났다.
이는 단순히 물리적 힘으로 원자를 떼어내는 대신 화학적 방식을 활용한 결과다. 플라스마 입자가 산소로 코팅된 표면에 부딪히면 주변 황 원자와 결합해 이산화황 가스 분자를 형성한다. 이 분자는 안정적인 상태로 쉽게 분리돼 날아간다.
연구의 제1 저자인 유리 폴랴첸코 프린스턴대 연구원은 "결합을 직접 끊는 대신 중간 생성물을 만들어 더 쉽게 분리하는 방식"이라고 설명했다. 연구팀은 향후 이 기술이 다른 신소재에도 적용될 수 있는지 연구를 확대할 계획이다.