국제 기준 424nm→459nm 개정 근거 마련, ‘Acta Materialia’ 무수정 게재
SiC(탄화규소) 전력반도체 결함 판별의 국제 기준으로 15년간 통용돼 온 발광 파장 수치가 국내 연구진에 의해 오류로 확인됐다. 원자 단위의 정밀 분석으로 기존 기준을 바로잡은 이번 성과는 전기차·전력변환 시스템의 품질 검사 정확도를 높이는 데 기여할 것으로 전해진다.
한국전기연구원(KERI) 차세대반도체연구센터 나문경 박사팀은 충남대학교 홍순구 교수팀, 호리바에스텍코리아, SK실트론과의 산학연 공동연구를 통해 SiC 반도체 내부 ‘(4,1) 프랭크형 적층결함(Stacking Fault)’의 특성 발광 파장이 기존에 알려진 424nm가 아닌 459nm임을 증명했다고 23일 밝혔다.
국제전기기술위원회(IEC) 기준에 반영돼 있던 수치를 원자 배열 수준에서 직접 검증해 정정한 것이다.
SiC 전력반도체 결함 판별 기준 재정립
SiC 전력반도체는 고온·고전압 환경에서 전력 변환을 담당하는 부품으로, 전기차와 신재생에너지 설비에 폭넓게 쓰인다.
반도체 제조 과정에서 원자 배열이 미세하게 어긋나는 적층결함이 발생하면 성능 저하로 이어지기 때문에, 웨이퍼를 파괴하지 않고 빛으로 결함을 탐지하는 ‘광발광(PL) 검사’가 품질 관리에 활용된다.
연구팀은 상용 웨이퍼 207장에 담긴 10만여 개의 결함 데이터를 분석한 뒤, 광발광으로 확인한 결함 위치를 나노 단위로 정밀하게 절단해 원자분해능 주사투과전자현미경(HAADF HR-STEM)으로 실제 원자 배열을 직접 대조하는 방식을 적용했다.
머리카락보다 훨씬 얇은 나노 시편 176개를 직접 제작해 관찰하고, 슈퍼컴퓨터 기반 밀도범함수이론(DFT) 계산으로 교차 검증을 완료했다.
학술 성과 및 국제 수상
이번 연구 결과는 금속·무기재료 분야 학술지 ‘Acta Materialia(JCR 상위 5% 이내)’에 심사위원의 수정 요구 없이 투고 원고 그대로 게재 승인을 받았다.
4개월 전 동일 학술지에 SiC 사다리꼴 결함의 내부 구조를 규명한 논문을 게재한 데 이은 연속 성과다.
또한 나문경 박사는 일본 호리바(HORIBA)가 주관하는 ‘2026 호리바 마사오상(Masao Horiba Awards)’에서 Honorable Mention을 수상했다.
2004년 시상 이후 국내 연구기관 소속 연구자가 수상한 것은 이번이 처음이다.
나문경 박사는 “빛의 신호와 실제 원자구조를 직접 연결해 글로벌 판별 기준의 오류를 바로잡았다는 데 의미가 크다”며 “국내 전력반도체 산업의 품질 경쟁력을 높이는 기반이 되겠다”고 밝혔다.
이번 연구는 산업통상자원부 ‘화합물전력반도체고도화기술개발사업’의 지원으로 수행됐다.
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