2차원 반도체 결정 성장을 상용화 완료로 오해하지 마세요

과학기술정보통신부에 따르면, KAIST·UNIST·한양대 공동연구팀이 2차원 반도체 결정이 자라나는 위치를 미리 정하는 기술을 개발해 지난 8일 국제학술지 네이처에 논문을 게재했다. 400개 실험 패턴 중 99% 이상에서 원하는 자리에 단결정 1개를 형성하는 데 성공했으며, 이는 아직 기초연구 단계다.

반도체가 '어디서' 자랄지, 왜 중요한가

기존 선택성장 기술은 반도체 결정이 자랄 영역을 지정할 수는 있었지만, 그 영역 안에서 결정핵이 정확히 어디에 몇 개나 생길지는 제어하지 못했다. 한 영역 안에 여러 결정핵이 동시에 생기면, 그 결정들이 만나는 경계에서 전자 이동이 방해받아 반도체 성능이 떨어진다. 이번 연구팀은 산화하프늄 등 산화물 장벽에서 나오는 산소 성분이 결정핵 형성을 억제하는 효과를 이용해, 영역 중앙 한 곳에서만 결정핵이 생기도록 유도했다.

• 기존 선택성장 — 영역은 지정 가능, 영역 내 결정핵 위치·개수는 제어 불가
• 이번 기술 — 산화물 장벽의 산소 성분으로 영역 중앙 한 곳으로 결정핵 유도

400개 패턴, 99% 성공은 어떻게 나왔나

연구팀은 KAIST 강기범 교수, UNIST 김병조 교수, 한양대 김우희 교수와 TDS Innovation이 공동으로 참여했으며, 과학기술정보통신부의 개인기초연구·나노소재기술개발 사업 지원을 받았다. 논문명은 'Spatially deterministic nucleation of 2D semiconductors by etching flux'이며, 이황화몰리브덴(MoS₂) 이라는 2차원 반도체 소재를 대상으로 400개의 서로 다른 실험 유형(패턴)에서 테스트를 진행했다.

항목	내용
실험 패턴 수	400개
중앙 단결정 형성 성공률	99% 이상
대상 소재	이황화몰리브덴(MoS₂)
게재지·게재일	네이처, 2026-10-08(현지시간 10-07)

표에서 보듯 400개라는 적지 않은 패턴 수에서 99% 이상의 성공률을 기록했다는 점은, 이 제어 원리가 특정 조건에서만 우연히 작동한 것이 아니라 비교적 일관되게 재현 가능하다는 것을 보여준다. 결정 성장 위치를 이 정도로 안정적으로 제어할 수 있다면, 반도체 설계 단계에서부터 회로 구조에 맞춰 소재를 배치하는 방식으로 이어질 가능성이 있다.

왜 'AI 반도체 적층'과 연결되나

이 기술이 주목받는 이유는 차세대 적층형 AI 반도체 구현의 기반이 될 수 있다는 기대 때문이다. 원자층 수준으로 얇은 2차원 반도체 소재는 기존 연산회로 위에 반도체를 여러 층으로 쌓아 올리는 방식에 적합한 것으로 알려져 있다. 연산과 메모리를 수직으로 배치하면 데이터가 이동하는 거리가 짧아져, 데이터센터의 전력 소모 부담을 줄이고 AI 응답 시간을 단축하는 효과를 기대할 수 있다. 다만 이번 성과는 결정이 자랄 위치를 제어하는 원리를 실험실 단위에서 입증한 기초연구 결과다. 실제로 이 원리가 양산 공정에 적용되려면 대면적 웨이퍼에서의 재현성, 기존 반도체 공정과의 호환성 등 추가로 검증해야 할 단계가 남아 있는 것으로 보인다. 연구팀이 이번 발견을 "제조 기술로 발전시킬 기반"이라고 표현한 것도, 아직 그 다음 단계로 나아가야 한다는 뜻으로 읽을 수 있다.

이 글이 다루지 않는 것

이 글은 2026년 10월 8일 네이처에 게재된 2차원 반도체 결정 위치 제어 연구 결과만 다룬다.

1. 이 기술이 상용 반도체 제조 공정에 이미 적용된 것으로 서술하지 않는다 — 기초연구 단계다
2. 적층형 AI 반도체의 구체적 상용화 일정은 이 글에서 다루지 않는다(공식 발표 없음)

이 정보, 지금도 유효할까

이 자료는 2026년 10월 8일 보도된 내용이며, 논문 게재일도 같은 날이다. 확인 시점(2026년 10월 10일) 기준으로는 보도 이틀 뒤다. 이 기술의 상용화 진행 상황이 궁금하다면 과학기술정보통신부나 연구팀 소속 대학의 후속 발표를 별도로 확인하는 것이 정확하다.

자주 묻는 질문

Q. 이 기술이 지금 당장 반도체 생산에 쓰이고 있나?
A. 아니다. 네이처에 게재된 기초연구 성과이며, 상용 제조 공정에 적용된 사례는 아직 발표되지 않았다.

Q. 99% 성공률은 무엇을 기준으로 측정했나?
A. 400개의 서로 다른 실험 패턴 중, 영역 중앙 한 곳에 단결정 1개가 형성된 비율을 기준으로 측정했다.

Q. 어느 대학이 참여했나?
A. KAIST, UNIST, 한양대가 TDS Innovation과 공동으로 참여했다.

Q. 이 기술이 왜 AI 반도체와 관련이 있나?
A. 2차원 반도체를 여러 층으로 쌓는 적층 공정의 기반이 될 수 있어, 연산·메모리를 수직 배치하는 차세대 AI 반도체 구현에 활용될 가능성이 있다.

Q. 다음 단계는 무엇인가?
A. 대면적 웨이퍼에서의 재현성, 기존 공정과의 호환성 등 추가 검증이 필요한 것으로 보이며, 구체적 일정은 이번 보도자료에 포함되지 않았다.

같이 보면 좋은 글: 「중고거래 카드결제가 혁신금융서비스로 지정됐습니다」와 「원전 확대·축소가 이미 결정된 것으로 오해하지 마세요」에서 비슷하게 '아직 상용화 전 단계'와 '이미 확정된 사실'을 구분해야 하는 기술·정책 소식을 확인할 수 있다. 기초연구 성과를 접할 때는 그 성과가 보여주는 가능성과, 실제 적용까지 남은 단계를 구분해서 받아들이는 태도가 필요하다.

정리하면, 과학기술정보통신부는 KAIST·UNIST·한양대 공동연구팀이 2차원 반도체 결정의 성장 위치를 99% 이상의 성공률로 제어하는 기술을 네이처에 게재했다고 밝혔다. 이는 차세대 적층형 AI 반도체 구현의 기반이 될 수 있는 기초연구 성과로, 아직 상용 제조 공정에 적용된 것은 아니다. 400개 패턴에서 보여준 일관된 성공률은 이 원리의 재현 가능성을 뒷받침하지만, 실제 양산 단계로 이어지기까지는 추가 검증이 필요할 것으로 보인다.

출처: 과학기술정보통신부 「반도체가 자라는 '시작점'까지 설계… 고집적·저전력 AI 반도체 구현의 새 길」(2026-10-08) · korea.kr 원문 · koreancenter.or.kr 관련기사