KERI, SiC 전력반도체 '불량 판별' 글로벌 기준 15년만에 바로잡았다

핵심 요약

• SiC 전력반도체 결함 판별 기준이 15년 만에 국내 연구진에 의해 바로잡혔다
• 프랭크형 적층결함의 실제 발광 파장은 424㎚가 아닌 459㎚로 확인됐다
• KERI 등 산학연 공동연구로 원자 단위 검증과 이론 계산을 교차 수행했다

전기차와 신재생에너지 설비 등에 쓰이는 탄화규소(SiC) 전력반도체의 불량 판별 기준이 국내 연구진에 의해 15년 만에 새롭게 정립됐다.

한국전기연구원(KERI) 차세대반도체연구센터 나문경 박사팀은 충남대학교 홍순구 교수팀, 호리바에스텍코리아, SK실트론 등과의 산학연 공동연구를 통해 SiC 반도체 내부 결함의 특성 발광 파장을 새롭게 규명했다고 밝혔다. 국제 표준에 반영돼 통용된 기존 파장을 원자 단위에서 검증해 바로잡은 세계 최초 성과다.

광발광 검사와 결함 기준

산업계는 반도체 웨이퍼를 깨지 않고 불량을 찾기 위해 빛을 쏴 검사하는 광발광(PL) 검사를 활용한다. 원자를 층층이 쌓는 과정에서 순서가 어긋난 층은 반사되는 빛의 파장이 다르다는 점을 이용한 방식이다.

SiC 전력반도체의 대표적 결함인 프랭크형 적층결함 가운데 발광파장 424㎚ 기준이 국제전기기술위원회(IEC) 기준에 반영돼 있다. 연구팀은 이 기준이 빛 신호와 실제 원자 구조를 일대일로 대조해 얻은 결과가 아니라 재검증이 필요하다고 판단했다.

약 15년간 전 세계적으로 잘못 알려진 SiC 반도체 내부 결함의 '특성 발광 파장'을 새롭게 규명하는 데 성공했다

— 한국전기연구원(KERI)

원자 단위 검증 결과

나문경 박사팀은 빛으로 결함 위치를 찾은 뒤 해당 위치를 ㎚ 단위로 정밀하게 잘라내 원자분해능 주사투과전자현미경으로 실제 원자 배열을 확인하는 고난도 분석을 수행했다. 여기에 슈퍼컴퓨터를 활용한 첨단 이론 계산까지 더해 교차 검증한 결과, 해당 결함의 실제 파장은 424㎚가 아닌 459㎚임을 증명해 냈다.

이번 성과는 소재 품질과 소자 신뢰성 향상, 더 신뢰성 높은 전력변환 시스템과 에너지 효율 향상에 기여할 전망이다.

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