M3D 반도체의 고질적 문제 해결…그래핀 활용해 전자기 간섭 75% 줄여
전북대학교(총장 양오봉) 반도체화학공학부 허근 교수 연구팀이 차세대 고집적 반도체 기술의 난제 중 하나로 꼽히는 층간 전자기 간섭 문제를 해결할 수 있는 획기적인 기술을 개발했다. 이번 연구는 그래핀을 차폐층으로 삽입하는 방식으로 Monolithic 3D(M3D) 반도체 구조에서 발생하는 신호 간섭을 크게 줄일 수 있음을 입증했다.
허근 교수와 봉정우 석사과정생이 공동으로 참여한 이 연구는 ‘2025년 반도체공학회 동계종합학술대회 및 반도체미래기술워크숍’에서 발표되었으며, 우수논문발표상을 수상하며 그 기술적 우수성을 인정받았다.
Monolithic 3D(M3D) 기술은 단일 웨이퍼 상에 반도체 소자를 수직 적층함으로써 고집적화를 실현하는 차세대 기술로 주목받고 있다. 그러나 적층된 소자 간에 발생하는 전자기 간섭(Crosstalk)은 신호 왜곡, 전류 누설, 전력 손실 등 다양한 문제를 야기해왔다.
허근 교수팀은 이중 적층 구조의 반도체 장치에 그래핀 차폐층을 삽입하는 기술을 개발하여 이러한 간섭 현상을 획기적으로 저감했다. 특히 저온 공정 기반으로 제작이 가능해 기존 반도체 제조라인과의 호환성도 높다.
임계 전압 변화 75% 감소…반도체 안정성 크게 향상
이번 연구의 제1저자인 봉정우 석사과정생은 ‘Graphene Shielding for Crosstalk Reduction in Monolithic-3D Device’라는 논문을 통해, 그래핀 차폐층을 적용한 M3D 구조에서 ON 전류 및 문턱 전압 이하의 스윙(SUB) 변화를 효과적으로 감소시켰다고 밝혔다.
특히 M3D 소자의 임계 전압 변화량을 기존 대비 약 75%까지 줄이는 데 성공함으로써, 전자기 간섭 문제를 실질적으로 제어할 수 있는 소재 기술의 가능성을 보여줬다. 이로 인해 반도체 소자의 신뢰성과 성능 안정성이 획기적으로 향상될 것으로 기대된다.
연구 책임자인 허근 교수는 “그래핀은 높은 전도성과 기계적 유연성을 동시에 갖춘 2차원 소재로, 반도체 고집적화의 미래를 여는 열쇠”라며 “이번 연구는 그래핀이 단순한 전극 재료를 넘어, 회로 안정성과 소자 보호를 동시에 구현할 수 있는 실질적 솔루션임을 증명했다”고 설명했다.
이번 기술은 향후 AI 반도체, 초고속 통신 칩, 저전력 소자 개발 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있을 것으로 전망된다.
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