▣ 인체 삽입 가능 반도체 원천기술 개발

생체물질인 DNA를 활용해 현재 상용화된 반도체보다 백 배 이상 많은 정보를 담을 수 있는 원천기술이 세계 최초로 개발

<DNA가 결합하면서 그래핀 산화물 표면에 흡착되는 모습>


반도체 회로의 초미세 제품개발 경쟁이 치열하다. 최첨단 반도체 기술로도 10나노미터(1나노미터=10억분의 1미터) 이하의 반도체 제작은 불가능하다고 알려져 있어 신물질을 이용한 차세대 반도체는 국가경쟁력 강화를 위해 반드시 풀어내야 할 숙제다.

탄소 원자로 된 얇은 막 형태의 '그래핀'에 DNA 분자를 배열하는 방법으로 더 얇고 미세한 패턴을 구현


KAIST 신소재공학과 김상욱 교수 연구팀이 DNA를 그래핀 위에서 배열시키는 기술을 활용해 초미세 반도체 회로를 만들 수 있는 원천기술을 개발하는 데 성공했다.

일반적으로는 실리콘으로 된 패널 위에 고분자 물질을 입힌 뒤 여기에 빛을 쏴 패턴을 넣는 방식으로 만들어 지며, 이런 과정을 통해서 현재는 20나노미터 굵기의 선폭까지 구현할 수 있는 기술이 확보돼 있다.

김 교수팀의 신기술 개발로 기존에 사용되고 있는 물리적 방식의 최첨단기술로도 불가능하다고 여겨졌던 2나노미터급의 선폭을 갖는 반도체가 개발될 것으로 기대된다.

2나노미터급 반도체가 개발되면 우표 크기의 메모리 반도체에 고화질 영화 1만편을 저장하는 등 현재 상용화중인 20나노급 반도체보다 크기는 10배 정도 작지만 저장용량은 약 100배의 용량을 담을 수 있게 된다.

최근 광식각 패턴기술을 적용해오던 반도체 회로의 크기가 물리적 한계에 도달해 생체소재를 이용해 초미세 회로을 제작하는 연구들이 전 세계적으로 관심을 모으고 있다. 이 가운데 DNA의 경우 2나노미터까지 정교한 미세패턴을 구현가능다고 알려져 있어 차세대 신소재로 각광받고 있다.

"DNA는 염기서열 규칙에 따라서 자기 조립을 할 수 있는 특성이 있습니다. 그 특성을 이용해서 기존의 광식각 기술을 대신해서 회로에 패턴을 새길 수가 있습니다." (KAIST 윤제문 박사)

연구팀은 'DNA 사슬접기'라고 불리는 최첨단 나노 구조제작 기술을 이용하면 금속나노입자나 또는 탄소나노튜브를 2나노미터까지 정밀하게 조절할 수 있는 점에 착안했다.

그러나 이 기술은 실리카나 운모 등 일부 제한된 특정 기판위에서만 패턴이 형성돼 반도체칩에는 적용이 불가능했다. 연구팀은 다른 물질과 잘 달라붙지 않는 그래핀을 화학적으로 개질해 표면에 다양한 물질을 선택적으로 흡착하도록 만들었다.

개질된 그래핀은 원자수준으로 매우 평탄하면서도 기계적으로 잘 휘거나 변형되는 그래핀의 장점을 갖기 때문에 이 위에 DNA 사슬접기를 패턴화하면 기존에는 불가능했던 잘 휘거나 접을 수 있는 형태의 DNA 회로구성이 가능할 것으로 기대된다.

김상욱 교수는 "반도체업계의 지각변동이 계속되는 가운데 실리콘기반 반도체 기술은 한계에 달한 만큼 앞으로 신물질 차세대 반도체 개발에 커다란 파급효과를 불러일으킬 것"이라며 "다양한 기능을 발휘하는 그래핀 소재 위에 2나노급의 초미세 패턴을 구현할 수 있는 DNA 사슬접기를 배치시키는 기술은 기계적으로 유연한 나노반도체나 바이오센서 등 다양한 분야에 원천기술로 활용될 것"이라고 말했다.

특히 그래핀이라는 소재가 잘 휘어지고 변형되는 특성이 있기 때문에, 눈의 망막이나 피부, 뇌 등에 넣을 수 있는 생체 친화적인 반도체 개발도 기대되고 있다. 그래서 몸 안에 휴대용 단말기로 장착되거나 기억 보조장치 또는 인공장기 등에 응용될 수 있을 것으로 전망된다.


이번 연구결과는 화학분야의 세계 최고 권위의 학술지인 '앙게반테 케미' 1월호 표지논문으로 발표됐으며 관련 기술은 국내외 특허출원을 마쳤다.


<출처>대전일보, 2012.02.08

KBS뉴스, 2012.02.06

Posted by TopARA

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