"항공우주 분야 반도체 손상 원인 찾을 분석법 개발됐다." -전북대 배학열·서울시립대 김태완 교수 공동연구팀 연구 성과 -차세대 메모리 적용 ‘IGZO’ 감마선 노출 시 열화 메커니즘 규명

                              (왼쪽부터) 전북대 유재욱 석박통합과정, 전북대 배학열 교수, 서울시립대 김태완 교수

 

 

전북대학교는  공동 연구팀이 차세대 항공우주 분야 반도체의 손상 원인을 정밀하게 찾을 수 있는 분석법을 개발했다고 24일 밝혔다.

전북대 배학열 교수, 서울시립대 김태완 교수로 이뤄진 연구팀은 차세대 메모리에 적용되는 ‘IGZO’가 우주 환경에 존재하는 감마선에 노출되었을 때 발생하는 열화 메커니즘을 최초로 분석해, 관련 분야 세계 최고 수준의 저널인 『Advanced Electronic Materials』저널 최신호에 논문을 게재했다.

IGZO는 인듐(In)·갈륨(Ga)·산화아연(ZnO)로 구성된 금속 산화물 소재로, 큰 면적을 차지하는 커패시터 없이 제작할 수 있어 소자의 집적도와 수율을 향상시킬 수 있고 누설전류가 낮고 이동도가 상대적으로 높기 때문에 차세대 메모리소재로 주목을 받고 있다.

항공, 군사, 의료기기 및 우주분야에서는 감마선 노출이 불가피한데, 이러한 환경에서 차세대 메모리가 제 역할을 수행하기 위해서는 감마선 환경에서의 열화 메커니즘을 분석하는 일이 매우 중요하다. 이를 위해 연구팀은 특정 파장대역의 광원을 이용해 에너지 밴드갭 내 상태 밀도 함수 특성화방법을 개발했다. 이 기술은 전류-전압(I-V) 측정분석을 이용했으며, 산화물 반도체뿐만 아니라 실리콘, 2D 채널, 그래핀 등 다양한 반도체 소재 및 미세 소자에 적용할 수 있는 장점이 있다.

또한 연구팀은 사선 노출 이후 밴드갭 내 특정 에너지 준위에 산소 공공 관련 결함 증가를 관찰하고, 이러한 현상이 반도체 소자의 문턱전압 및 스위칭 특성에 치명적인 불안정성을 유발할 뿐만 아니라 구성원소, 조성비, 화학적 결합상태 등 물리화학적 정보를 분석할 수 있는 엑스선 광전자 분광법(XPS)을 통해 실험 결과를 검증했다.

배학열 교수는 “이번 연구를 통해 방사선으로 인한 항공우주용 반도체의 손상 원인을 규명할 수 있는 정밀한 분석법을 개발했다”면서 “앞으로 높은 내방사선성을 갖는 반도체 소재 및 소자를 개발해 기술완성도를 높이겠다”고 말했다. /김윤상 기자