탄화규소 반도체 불량 판별 기준 15년 만에 뒤집혔다 작성일 10-25 49 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">KERI·충남대 등 산학연 공동연구로 오류 규명<br>원자구조와 발광 신호 1대1 대응해 재검증<br>국제표준 IEC 결함 판별 기준 개정 근거 마련<br>전기차·충전기용 SiC 웨이퍼 품질 향상 기대</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="57rkSdtWOq"> <p contents-hash="6db702fcf3a3506e110fce39e21d31793ad36c35d8326747301e06e284af9631" dmcf-pid="1zmEvJFYrz" dmcf-ptype="general"> [이데일리 이소현 기자] 전기차와 충전기 등에 쓰이는 탄화규소(SiC) 전력반도체의 불량을 판별하는 데 약 15년간 사용돼 온 발광 기준이 잘못됐다는 사실이 국내 연구진에 의해 확인됐다. 기존에는 특정 적층결함이 424나노미터(nm)의 빛을 내는 것으로 알려졌지만, 실제 특성 발광 파장은 459nm인 것으로 규명됐다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="e4393be658816a2ee6156cb98ac2207ade4e58b85da17d8818bb9120e28e6f22" dmcf-pid="te5Gus8Bs7" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="원자구조 관찰, 광발광(PL) 측정, 이론 계산을 연계해 '(4,1) 적층결함'의 진짜 파장(459nm)을 규명한 데이터(사진=KERI)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/Edaily/20261025120435795kfda.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="H6DVJ0EoDK" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/Edaily/20261025120435795kfda.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 원자구조 관찰, 광발광(PL) 측정, 이론 계산을 연계해 '(4,1) 적층결함'의 진짜 파장(459nm)을 규명한 데이터(사진=KERI) </figcaption> </figure> <div contents-hash="8663d0f92811fde53c19bbfe43998b1146ea0723422a66e1ebc991433c32bd50" dmcf-pid="Fd1H7O6bOu" dmcf-ptype="general"> 한국전기연구원(KERI)은 차세대반도체연구센터 나문경 책임연구원 연구팀이 충남대 홍순구 교수팀, 호리바에스텍코리아, SK실트론 등과 공동으로 SiC 반도체의 ‘(4,1) 프랭크형 적층결함’이 내는 특성 발광 파장을 459nm로 규명했다고 25일 밝혔다. </div> <p contents-hash="d9fca5aa352550bea981b21ff9ef8532a371bd8861050651a6169495392647d1" dmcf-pid="3JtXzIPKmU" dmcf-ptype="general">기존에는 해당 결함의 발광 파장이 424nm로 알려져 있었으며 이 값은 국제전기기술위원회(IEC) 기준에도 반영돼 사용돼 왔다.</p> <p contents-hash="0d6dabb286196e3b7e535b43483998d257db39a818ff904730378d9d4a9019ce" dmcf-pid="0iFZqCQ9Dp" dmcf-ptype="general">연구팀은 이번 연구를 통해 기존 기준을 수정할 수 있는 과학적 근거를 마련했다.</p> <p contents-hash="1c60fff7e3e9ac4e48ed2c12cc1bfb2ee1048b773ad959830e9781bece0ff5e1" dmcf-pid="pn35Bhx2O0" dmcf-ptype="general"><strong>결함이 내는 ‘빛의 지문’ 다시 확인</strong></p> <p contents-hash="143213813c35410d4da6af57fcd26e4f4c01d691f9ba7bfd2c226e6f21dfb12c" dmcf-pid="UL01blMVm3" dmcf-ptype="general">SiC 전력반도체는 높은 전압과 온도에서도 안정적으로 작동해 전기차와 충전기, 신재생에너지 설비 등의 전력변환 장치에 활용된다.</p> <p contents-hash="314dcb9ce63d4cf9f43d8307d9b7eddd85d9c9afe50cb9654990284ea49b9fdf" dmcf-pid="uoptKSRfDF" dmcf-ptype="general">SiC 웨이퍼를 만드는 과정에서 원자층의 쌓임 순서가 어긋나는 ‘적층결함’이 생기면 소자 성능과 신뢰성에 영향을 줄 수 있다.</p> <p contents-hash="8ecfd54e499a5d817bf4eb7b7415e30d2824f8a269c2baa899e5eb59175abd9d" dmcf-pid="7gUF9ve4wt" dmcf-ptype="general">산업계에서는 웨이퍼를 손상시키지 않고 결함을 찾기 위해 ‘광발광(PL)’ 검사를 활용한다. 반도체에 빛을 비춘 뒤 결함에서 나오는 고유한 파장을 측정해 결함의 종류를 판별하는 방식이다.</p> <p contents-hash="e33de5b5f49ba4958a2b7d12fcd3921bb654e3e13c0775587602dc5b76a60ff4" dmcf-pid="zau32Td8m1" dmcf-ptype="general">결함마다 서로 다른 빛을 낸다는 점에서 일종의 ‘빛의 지문’인 셈이다.</p> <p contents-hash="3d2e70c3b54d529ae735913ca1650fb35d3b1ac438da473debb39bb98989f269" dmcf-pid="qN70VyJ6D5" dmcf-ptype="general">연구팀이 9개 공급사의 상용 4H-SiC 에피택셜 웨이퍼 207장과 적층결함 10만4439개를 분석한 결과에서도 프랭크형 적층결함은 주요 결함군으로 나타났다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c44cc638f9c90215c1c69e12a3fff46d0d8a0e86a582eb2196f75e4a01103f46" dmcf-pid="BVSIXNztwZ" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="다양한 프랭크형 결함의 구조와 전자·광학적 특성을 하나의 학술 체계로 통합 정리한 분석 결과(사진=KERI)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/Edaily/20261025120437059xhfc.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="XiTh5AB3Ob" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/Edaily/20261025120437059xhfc.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 다양한 프랭크형 결함의 구조와 전자·광학적 특성을 하나의 학술 체계로 통합 정리한 분석 결과(사진=KERI) </figcaption> </figure> <div contents-hash="c55dc567670e305f18134efd9970b249c27631e792c6667abd5fc7ee2927ff8f" dmcf-pid="bfvCZjqFmX" dmcf-ptype="general"> <strong>424nm 아닌 459nm…원자까지 직접 확인</strong> </div> <p contents-hash="847372d1c18e468faeb085039e09daf46322ecd3f42657aac398d5a9b3707029" dmcf-pid="K4Th5AB3DH" dmcf-ptype="general">문제는 약 15년간 사용된 424nm라는 기준이 실제 결함의 원자구조와 발광 신호를 직접 연결해 확인한 값이 아니었다는 점이다.</p> <p contents-hash="3ad9c7df8becb3c381e07b6ce4b50862858df99fd14baef9a930c7e0be80d716" dmcf-pid="98yl1cb0rG" dmcf-ptype="general">서로 다른 결함도 비슷한 파장의 빛을 낼 수 있기 때문에 발광 파장만으로 원자구조를 확정하기는 어렵다.</p> <p contents-hash="e42771c7773071f57946f55aa9c16cacb010a0d947002c5b821722fe2d37cea9" dmcf-pid="26WStkKpIY" dmcf-ptype="general">연구팀은 먼저 PL 측정으로 특정 결함의 위치와 발광 파장을 확인한 뒤 같은 위치에서 시편을 떼어내 원자분해능 주사투과전자현미경(HAADF HR-STEM)으로 원자 배열을 직접 관찰했다.</p> <p contents-hash="20afc7627fa2f4ee0b73df1586f9b9ece358ccc104071b646e211a0cec25f12a" dmcf-pid="VPYvFE9UmW" dmcf-ptype="general">여기에 밀도범함수이론(DFT) 계산까지 결합해 원자구조와 전자상태, 발광 파장을 교차 검증했다.</p> <p contents-hash="e37614f84db51c958f8c4f9696a9462c0048923d4ac973e88c92d56eda5c4bea" dmcf-pid="fQGT3D2uwy" dmcf-ptype="general">연구팀은 459nm의 빛을 낸 독립적인 결함 9개를 분석하고 이 가운데 6개에서 실제 (4,1) 원자구조를 확인했다. 서로 다른 세 가지 방식의 DFT 계산도 기존 424nm보다 450nm 부근의 발광을 지지했다.</p> <p contents-hash="098d2d260ed8df28ee5afcaec479388af806edfdb1efc5937ca8f623f1878acc" dmcf-pid="4xHy0wV7sT" dmcf-ptype="general">실제 PL 측정에서는 459nm, 이론 계산으로 환산한 발광 파장은 약 444~450nm로 나타났다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="162910908a6ca1d64809a31f6b917165d8cb4ad752f77002055c8e0355cdced7" dmcf-pid="8MXWprfzIv" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="SiC 전력반도체 결함 판별 기준의 오류를 바로잡은 KERI의 연구결과가 ‘Acta Materialia’에 게재됐다.(사진=KERI)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/Edaily/20261025120438301ylim.jpg" data-org-width="947" dmcf-mid="Z3anw4yOrB" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202610/25/Edaily/20261025120438301ylim.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> SiC 전력반도체 결함 판별 기준의 오류를 바로잡은 KERI의 연구결과가 ‘Acta Materialia’에 게재됐다.(사진=KERI) </figcaption> </figure> <div contents-hash="409b5d744d278cddf61b958e437f49f8161844d5e0740b96d431a44de0d11aec" dmcf-pid="6RZYUm4qES" dmcf-ptype="general"> <strong>나노 시편 176개 분석…국제표준 개정 근거</strong> </div> <p contents-hash="17515479a7800fe96a5c4091c52b6d78ba7f8534ed12e49c798fce1abd70b49f" dmcf-pid="PgUF9ve4ml" dmcf-ptype="general">결함에서 나온 빛과 실제 원자구조가 동일한 위치에서 발생했다는 점을 입증하는 것이 이번 연구의 핵심 난제였다.</p> <p contents-hash="9d2d4d16b1e32d8a43264ea19ad1bf557a5ac674a7a5581e2692cede51583ff8" dmcf-pid="Qau32Td8sh" dmcf-ptype="general">연구팀은 PL로 결함 위치를 찾은 뒤 집속이온빔(FIB)을 이용해 해당 지점의 나노 시편을 제작하고 원자 배열을 확인했다.</p> <p contents-hash="9adfe24b9f99659870e2539060a17479f464a8b286fdf2895f51ca0f1e214e61" dmcf-pid="xN70VyJ6OC" dmcf-ptype="general">전체 연구 과정에서 프랭크형과 쇼클리형 적층결함 등을 포함해 위치가 지정된 전자현미경 시편 176개를 분석했다.</p> <p contents-hash="fb8b7a4d213c179f1e217a5d273aeebadd2401a31ab411ff6a3d771abf8c3915" dmcf-pid="y0kNIxXSmI" dmcf-ptype="general">이를 통해 424nm로 통용돼 온 (4,1) 프랭크형 적층결함 판별값을 459nm로 수정해야 한다는 근거를 마련했다.</p> <p contents-hash="0b6ce3b3d51f495ca7fd34abef21909e68f296cdbf9abb8f1001bc45e2ce9fca" dmcf-pid="WpEjCMZvmO" dmcf-ptype="general">정확한 결함 판별은 결함이 생긴 원인을 추적하고 웨이퍼 성장·제조공정을 개선하는 데 활용될 수 있다. 장기적으로 SiC 소재 품질과 전력반도체 소자의 신뢰성을 높이는 데 기여할 수 있다는 게 연구진 설명이다.</p> <p contents-hash="df70e94159abb14321df32135bda6c5b28315a5e6b6df76333f8ca1c79656b0c" dmcf-pid="YUDAhR5TDs" dmcf-ptype="general"><strong>국제학술지 무수정 게재…호리바 마사오상도</strong></p> <p contents-hash="e8df8d68b53566d00cdb445c217ae035eae58e8d183bfc0aabc764ae6764e078" dmcf-pid="Guwcle1yEm" dmcf-ptype="general">이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘악타 머티리얼리아(Acta Materialia)’에 게재됐다.</p> <p contents-hash="60d80e0c388f1b56cd19589e75d9676b24cd7d398f58b9d2b45c32ce9b957ffb" dmcf-pid="H7rkSdtWEr" dmcf-ptype="general">논문은 심사 과정에서 수정 요구 없이 투고 원문 그대로 게재 승인을 받았다.</p> <p contents-hash="2a6d8bea21ba7dad6459515b02e58e169d7a40686751cbf190494b6e36f38e7d" dmcf-pid="XzmEvJFYmw" dmcf-ptype="general">나문경 책임연구원은 관련 SiC 결함 연구 성과를 인정받아 일본 분석·계측 기업 호리바가 주관하는 ‘2026 호리바 마사오상(Masao Horiba Awards)’에서 특별상(Honorable Mention)을 받았다.</p> <p contents-hash="b642ebd68c85710be33df7d3e3b911b457927e9e568dbf4bef173f50407515e4" dmcf-pid="ZqsDTi3GDD" dmcf-ptype="general">KERI에 따르면 국내 연구기관 소속 연구자가 이 상에 이름을 올린 것은 2004년 첫 시상 이후 처음이다.</p> <p contents-hash="e7606adf48848d7a5921a7d17398f5d0ff24004431c570163e8fa501fd598629" dmcf-pid="5BOwyn0HIE" dmcf-ptype="general">나문경 책임연구원은 “빛의 신호와 실제 원자구조를 직접 연결해 오랫동안 굳어져 있던 글로벌 판별 기준의 오류를 바로잡았다는 데 의미가 크다”며 “앞으로도 국내 전력반도체 산업의 품질 경쟁력을 높이는 기반을 마련하겠다”고 말했다.</p> <p contents-hash="3f3d4381945e5e1e1cd03f02b37b278cd047a06cf1b8bb1b30ae425a0b745728" dmcf-pid="12lOHa71rk" dmcf-ptype="general">이소현 (atoz@edaily.co.kr) </p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 이데일리. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 KAIST, 빛 에너지 오래 붙잡는 ‘전자의 대기실’ 찾았다…광촉매 효율 높일 실마리 10-25 다음 인간 언어는 행복보다 안전을 선호한다? 10-25 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
