우리 연구진이 반도체 소자 내 과열을 해결할 수 있는 기반을 마련했다. 반도체 소자 소형화에 따른 열분산 미비, 소자 신뢰성 및 내구성 저하 문제 해결에 큰 도움이 될 전망이다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 이봉재 기계공학과 교수팀이 세계 최초로 기판 위에 증착된 금속 박막에서 ‘표면 플라즈몬 폴라리톤(금속 표면에 형성되는 표면파)’으로 발생하는 새로운 열전달 모드를 측정하는데 성공했다고 18일 밝혔다.
새로운 열전달 모드는 기판에 금속 박막을 증착하면 발생해, 소자 제작과정에 활용성이 높으며 대면적 제작이 가능하다는 장점이 있다. 연구팀은 반경 3㎝, 100나노미터(㎚) 두께 티타늄 박막에서 발생하는 표면파로 열전도도가 약 25% 증가함을 보였다.
이봉재 교수는 “이번 연구 의의는 공정난이도가 낮은 기판 위에 증착된 금속 박막에서 일어나는 표면파에 의한 새로운 열전달 모드를 세계 최초로 규명한 것으로, 이는 초고발열 반도체 소자 내 과열점 바로 근처에서 효과적으로 열을 분산시킬 수 있는 나노스케일 열 분산기로 응용 가능하다”고 말했다.
이버 연구는 나노스케일 두께 박막에서 열을 평면 방향으로 빠르게 분산시키는데 적용될 수 있다는 점에서 향후 고성능 반도체 소자 개발에 시사하는 바가 크다.
나노스케일 두께에서는 경계 산란에 의해 박막의 열전도도가 감소하는데, 연구팀이 규명한 이 새로운 열전달 모드는 오히려 나노스케일 두께에서 효과적인 열전달을 가능하게 해 반도체 소자 단위 열관리의 근본적인 문제를 해결해 줄 것으로 기대된다.
이번 연구는 국제학술지 피지컬 리뷰 레터스에 지난 4월 26일 자 온라인 게재됐으며, 편집자 추천 논문에 선정됐다. 한편 이번 연구는 한국연구재단 기초연구실 지원사업 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
