우주 방사선에 의한 나도 반도체의 오류를 크게 줄일 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다.
한국원자력연구원 첨단방사선연구소 강창구 박사와 이병훈 포항공대 이병훈 교수 공동 연구팀은 태양과 외부은하 등에서 발생해 지구로 향하는 우주 방사선으로 인한 오류를 억제하는 내방사화 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
인공위성이나 우주선 등에 사용되는 반도체는 양성자나 감마선과 같은 우주방사선에 의해 오류가 발생하거나 손상을 일으킬 수 있어 방사선 영향 평가를 받아야 한다.연구팀은 산화아연 기반 나노 반도체 표면에 대기 중 물과 산소를 차단할 수 있도록 10㎚(나노미터·10억분의 1ｍ) 두께의 산화알루미늄 패시베이션(반도체 표면의 보호막) 층을 쌓았다. 물질을 기체 상태로 만든 뒤 표면에서 화학 반응을 통해 얇게 쌓는 원자층 증착 방식을 활용했다. 이후 패시베이션 층을 적용한 반도체와 적용하지 않은 반도체 모두에 양성자를 쪼여 전기적 특성 변화를 분석한 결과, 패시베이션 층이 반도체의 전기적 특성 변화를 매우 효과적으로 억제하는 현상을 확인했다.
패시베이션 층으로 보호받는 반도체는 그렇지 않은 반도체에 비해 양성자 조사 후 문턱전압(전류가 흐르기 위한 최소 전압) 변화가 60% 줄었다. 동일 조건에서 반도체 출력값이 달라지는 현상인 ‘이력현상’ 지수와 스트레스 지수 변화도 각각 90% 대폭 감소하는 등 반도체 건전성이 높은 것으로 나타났다. 연구팀은 이같은 기술이 차세대 우주항공용 나노 반도체의 내방사화 기술 개발에 기여할 것으로 기대했다. 정병엽 원자력연 첨단방사선연구소장은 "이번 기술은 차세대 나노반도체에 원자층 증착 방식으로 패시베이션 층을 쌓고, 실제 내방사선 효과까지 검증한 사례"라면서 "우리나라가 우주항공용 반도체 기술 경쟁에서 우위를 확보할 수 있도록 더욱 노력하겠다"고 밝혔다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 '나노컨버전스'(Nano Convergence) 지난 1월호에 게재됐다.
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