방사선을 견디는 '내방사화 기술' 구현이 차세대 우주항공용 반도체 개발 관건인 가운데 국내 연구진이 반도체 양성자 내방사화 기술을 개발했다. 국산 우주항공용 반도체 경쟁력 확보에 큰 기반이 될 전망이다.
한국원자력연구원 첨단방사선연구소는 강창구 방사선융합연구부 박사팀이 이병훈 포항공대 교수팀과 공동 연구로 이같은 성과를 거뒀다고 6일 밝혔다.
우주의 다양한 방사선은 반도체 사용 제품 고장 30% 이상의 원인이 되고 있어 관련 내방사화 기술 중요성이 크다.
연구진은 반도체 표면을 외부와 물리적으로 분리하는 패시베이션 층을 쌓아, 우주방사선의 80% 이상인 '양성자'에 의한 나노반도체 오류를 대폭 억제했다.
물질을 기체화해 화학반응으로 표면에 얇게 쌓는 원자층 증착 방식을 활용, 산화아연 기반 나노반도체 표면에 10나노미터(㎚) 두께 산화알루미늄 패시베이션 층을 쌓았다.
패시베이션 층을 적용한 반도체와 그렇지 않은 반도체에 양성자가속기로 양성자를 조사하고, 전기 특성 변화를 비교 분석한 결과, 패시베이션 층이 양성자 조사에 따른 전기 특성 변화를 매우 효과적으로 억제함을 확인했다.
패시베이션 층으로 보호받는 반도체는 그렇지 않은 반도체에 비해 양성자 조사 후 전류가 흐르는 최소 전압인 문턱전압 변화는 60%, 동일 조건에서 반도체 출력값이 달라지는 이력현상 지수, 스트레스 지수 변화는 90% 대폭 감소하는 것으로 나타났다. 특히 노이즈 값은 양성자 조사 후에도 전혀 변하지 않았다.
정병엽 첨단방사선연구소장은 “이번 기술은 차세대 나노반도체에 패시베이션 층을 쌓고, 실제 효과까지 검증한 사례”라며 “우리나라가 우주항공용 반도체 기술 경쟁에서 우위를 확보할 수 있도록 더욱 노력하겠다”고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 이공분야 기초연구사업 지원을 받아 수행됐다. 원자력연이 반도체 제작 및 양성자 조사실험을, 포항공대가 전기 특성 변화 분석을 담당했다. 연구 결과는 나노컨버전스 1월호에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
