▲ 전력반도체용 SiC 소재 결함 분석 및 평가기술을 한국전기연구원 전력반도체연구센터 (왼쪽부터)정현진, 방욱, 나문경 연구원

눈에 보이지 않는 탄화규소(SiC) 소재의 결정 결함을 조기에 관찰할 수 있는 기술이 개발돼 전력반도체 안정성·품질 확보 및 고가의 일본산 검사 장비 대비 절반수준 가격으로 수입대체 효과가 기대되고 있다.

과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 전기전문 정부출연연구기관인 한국전기연구원(이하 KERI, 원장 직무대행 부원장 유동욱) 전력반도체연구센터 방욱·나문경 박사팀은 전력반도체 소자의 시작점인 탄화규소(SiC, Silicon Caribide) 소재의 결함을 조기에 분석하고 평가할 수 있는 획기적인 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

KERI 연구팀은 광여기발광(PL, Photoluminescece) 현상을 이용해 SiC 소재의 결함을 검출하는 기술을 국내최초로 개발했다.

PL 분석법은 여기된(excited) 전자들이 다시 제자리로 돌아가는 단계에서 특정한 파장의 빛을 내게 되는 현상을 분석하는 것이다. 즉 SiC 소재에 자외선(UV) 에너지를 보낸 뒤, 전자들이 내놓는 특정 파장을 분석하여 정상인지 아닌지(결정 결함)를 판단하는 것이다.

본래 SiC는 PL 방출 효율이 낮은 간접형 반도체(Indirect bandgap semiconductor) 물질로, 장비로 신호 검출이 어려웠지만, KERI는 광학 검사장비 전문 업체인 ㈜에타맥스(대표 정현돈)와의 협업을 통해 PL 손실을 줄이는 등 각고의 노력으로 ‘전력반도체용 SiC 소재 결함 분석 장비’를 개발할 수 있었다.

검사 대상 및 평가 항목에 따라 2개의 다른 파장 빛을 선택해서 표면과 내부 결함을 검출하는 일본 제품과 달리, KERI 개발 장비는 단 하나의 레이저 파장만으로도 SiC 소재의 파괴 없이 내부의 다양한 결함을 검사할 수 있다.

검사 정밀도(결함 검출 능력) 등 장비 성능은 일본 장비보다 동등 이상의 수준을 보였다.

KERI 연구팀은 업체와의 기술이전 및 상용화 라인 구축을 통해 검사 장비 가격도 일본 제품(약 14억) 대비 절반 수준으로 공급할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

KERI 나문경 박사는 “그동안 고난도의 SiC 전력반도체 분야 시장 선점을 위한 소재 원천연구와 이를 활용한 소자 개발에 중심을 뒀다면, 이제는 개발된 제품의 신뢰성과 품질을 확보할 수 있는 다양한 평가 방법을 개발해 SiC 전력반도체의 ‘설계-공정-평가’까지 이어지는 통합 제작라인을 구축한 것”이라며 “지속적인 연구를 통해 평가 대상(다이아몬드 등 광대역 반도체)의 확대 및 분석기법의 다양화·정밀화(Raman 분석법 등)가 이루어질 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.