반도체 소자의 과열 문제를 해결할 새로운 기술이 개발됐다. 나노 크기로 작아지는 반도체 소자의 발열을 비교적 간단한 공정으로 해결할 수 있어 향후 고성능 반도체 소자 개발에 활용될 수 있을 것으로 보인다.
한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 이봉재 교수 연구팀이 세계 최초로 기판 위에 증착된 금속 박막에서 ‘표면 플라즈몬 폴라리톤’에 의해 발생하는 새로운 열전달 모드를 측정하는 데 성공했다고 18일 밝혔다. 표면 플라즈몬 폴라리톤은 금속 표면에 형성되는 표면파(surface wave)로 나노 두께의 박막에서 열을 평면 방향으로 빠르게 분산시킬 수 있다. 이번 연구는 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’에 지난달 26일 온라인 게재됐다.
반도체 성능 향상을 위해 소자 집적화가 고도화되면서 더 이상 기존의 방식으로는 발열을 관리할 수 없게 됐다. 반도체 소자도 소형화되면서 과열점에서 발생한 열이 분산되지 않아 소자 내구성이 저하되는 문제도 발생하고 있다.
이번에 개발된 기술은 기판에 금속 박막을 증착하면 표면파를 발생시킬 수 있기 때문에 간단한 공정으로 넓은 면적에 제작 가능하다는 장점이 있다. 연구팀은 반경 약 3cm인 100나노미터 두께의 티타늄 박막에서 발생하는 표면파에 의해 열전도도가 약 25% 증가했다고 밝혔다.
연구를 이끈 이봉재 교수는 “이번 연구 의의는 공정난이도가 낮은 기판 위에 증착된 금속 박막에서 일어나는 표면파에 의한 새로운 열전달 모드를 세계 최초로 규명한 것으로, 초고발열 반도체 소자 내 과열점 바로 근처에서 효과적으로 열을 분산시킬 수 있는 나노스케일 열분산기로 응용 가능하다”고 했다.
