DGIST, 전자소자 구동 중 발생하는 피로 파괴 현상 원인 규명

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대구경북과학기술원(DGIST) 연구팀이 산화물 반도체가 고속 구동할 때 발생하는 전자흐름 차단 현상을 발견, 그 원인을 밝혀냈다.

DGIST(총장 손상혁)는 이현준 지능형소자융합연구실 선임연구원 연구팀이 산화물 반도체가 고속으로 구동할 때 피로 누적에 의한 소자 파괴 현상(피로 파괴 현상)이 나타나는 원인을 세계 최초로 규명했다고 11일 밝혔다.

산화물 반도체 구동 중에 발생하는 피로 파괴 현상을 규명한 DGIST 지능형소자융합연구실 이현준 선임연구원(왼쪽)과 DGIST-LBNL신물질연구센터 김준서 선임연구원(오른쪽)
<산화물 반도체 구동 중에 발생하는 피로 파괴 현상을 규명한 DGIST 지능형소자융합연구실 이현준 선임연구원(왼쪽)과 DGIST-LBNL신물질연구센터 김준서 선임연구원(오른쪽)>

산화물 반도체는 전자 이동도가 높아 차세대 디스플레이 소자 핵심 소재로 주목받고 있으나 피로 누적 현상으로 인한 문제로 상용화가 어려웠다.

연구팀은 주파수 교류신호 인가 실험 및 수치 연산을 활용해 피로 파괴 현상을 증명했다. 집적회로에서 인가되는 신호와 유사한 교류신호를 다양한 진동수 형태로 주입하는 신뢰성 평가 방법과 집적회로에서 발생하는 피로 누적 현상을 단위 소자에서 평가하는 방법을 동시에 적용했다.

산화물 반도체로 제작된 전자소자 이미지로 전기적 신호에 의한 비대칭적 국소 피로 파괴 현상을 도식화한 그림.
<산화물 반도체로 제작된 전자소자 이미지로 전기적 신호에 의한 비대칭적 국소 피로 파괴 현상을 도식화한 그림.>

이를 통해 피로 누적에 의한 소자 파괴 현상을 발견했다. 피로 누적 현상은 비대칭적 국소 영역에서 발생하며 전자의 흐름을 방해하는 에너지 장벽으로 작용해 소자의 수명이 단축된다는 사실을 수치 해석 방법으로 증명했다.

피로 파괴 현상은 전자제품 수명 및 동작의 신뢰성과 밀접한 관계가 있다. 이번 원인 규명으로 전자소자의 정보 처리, 자료 전달 등 오류를 최소화할 수 있을 것으로 기대된다.

이현준 선임연구원은 “산화물 반도체 상용화에 큰 걸림돌로 여겨왔던 피로 파괴 현상의 원인을 세계 최초로 규명했다”면서 “후속 연구개발로 피로 파괴 현상이 없는 차세대 지능형 전자소자를 개발해 관련 기술 상용화를 앞당기는데 노력하겠다”고 말했다.

대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com

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