전기연구원 SiC 전력 반도체, 우주시장 진출 "꿈"

한국전기연구원(KERI)은 차세대반도체연구센터 서재화 박사 연구팀이 우주 환경에서 탄화규소(SiC) 전력반도체 소자의 방사선 내성을 평가할 수 있는 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 우주 방사선은 항공기나 탐사선(로버), 위성 등에 탑재되는 전력반도체의 전기적 특성을 심각하게 저하시키는 원인으로 손꼽힌다. 이때문에 미국과 유럽을 중심으로 방사선 영향 연구를 진행하고 있다. 우리나라는 아직 실리콘 전력반도체 단계에서 방사선 내성을 정량적으로 분석하는 수준에 머물고 있다. 서재화 박사는 "국내 최초로 고에너지 우주 환경 모사를 통해 SiC 전력반도체의 방사선 내성을 효과적으로 평가하는 데 성공했다"고 밝혔다. 서 박사는 "우주 방사선은 다양한 에너지 대역의 입자들로 구성돼 있다. 그중 양성자(proton)가 80~90%를 차지하기 때문에 극한 우주 방사선 실험 환경을 구현하는 것이 어렵다"고 설명했다. 연구팀은 한국원자력연구원이 보유한 가속기 시설의 고에너지 양성자(100 MeV)를 활용했다. 정확한 방사선 조사 조건을 구현하기 위해 국립경국대 윤영준 교수팀과도 협업했다. 연구팀은 극한 우주 환경 조건에서 직접 국산화한 SiC 전력반도체의 전압 변화, 피폭으로 인한 누설 전류 증가 및 격자 손상 등 영향성을 체계적으로 분석했다. 실제 우주 부품으로 SiC 전력반도체가 사용될 때의 장기적인 신뢰성을 보장할 수 있는 설계 기준도 마련했다. 연구결과는 핵·방사화학 분야 국제저널(Radiation Physics and Chemistry)에 최근 게재됐다. 향후 연구팀은 초고에너지급(200MeV 이상) 방사선 조건에서의 SiC 전력반도체 신뢰성 평가와 함께 '차세대 내방사(radiation-resistance) 전력반도체' 소자 개발을 추진할 계획이다. 서재화 박사는 "현재 경남도 및 2인치 다이아몬드 웨이퍼를 세계 처음 개발한 일본 기업 오브레이와 컨소시엄을 구성해 우수한 반도체 물성을 갖는 '다이아몬드를 이용한 미래형 전력반도체' 연구도 진행중"이라고 밝혔다. 서 박사는 "우주·항공뿐만 아니라 의료용 방사선 기기, 원자력 발전 및 방사선 폐기물 처리 설비, 군수·국방 전자제품 등 다양한 분야에 기술이 적용될 것”으로 기대했다.