한국전기연구원 전력반도체연구센터 방욱·나문경 박사팀이 전력반도체 소자의 시작점인 탄화규소(SiC·Silicon Caribide) 소재의 결함을 조기에 분석하고 평가할 수 있는 획기적인 기술을 개발했다.

전력반도체는 전기자동차와 신재생에너지 등 친환경 산업의 근간을 이루는 첨단 소재이자, 5세대 이동통신(5G)망 등 디지털 기반의 4차 산업혁명을 이끄는 핵심 기술로 손꼽힌다. 특히 전기차에서 배터리와 전기모터를 연결하는 고성능 인버터에 필수 부품으로 활용된다.

전력반도체의 핵심인 제어 효율을 유지하는 소재는 기존 실리콘(Si)에서 탄화규소(SiC)로 대체되는 추세다. 하지만, SiC 소재는 재료 특성상 눈에 보이지 않는 내부의 결정 결함(dislocation)이 있어 반도체 소자의 성능을 줄이는 주요 원인 중 하나로 손꼽힌다.

이러한 결정 결함은 워낙 복잡하고 규명하기 어려워 반도체 소자의 구동 초기부터 특성을 저하시키는 경우가 있고, 더 심각한 상황은 사용 중에 점차 특성이 변화해 문제를 일으키기도 한다.

이에 전기연구원은 광여기발광(PL·Photoluminescece) 현상을 이용해 SiC 소재의 결함을 검출하는 기술을 국내 최초로 개발했다. SiC 소재에 자외선(UV) 에너지를 보내고서 전자들이 내놓는 특정 파장을 분석해 정상인지 아닌지(결정 결함)를 판단하는 기술이다.

연구팀은 광학 검사장비 전문 업체인 ㈜에타맥스(대표 정현돈)와의 협업을 통해 PL 손실을 줄이는 등 각고의 노력으로 '전력반도체용 SiC 소재 결함 분석 장비'를 개발했다.

전기연 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 개발하여 SiC 전력반도체의 '설계-공정-평가'까지 이어지는 통합 제작라인을 구축한 것"이라고 설명했다.

이어 "평가 대상(다이아몬드 등 광대역 반도체)의 확대 및 분석기법의 다양화·정밀화(Raman 분석법 등)가 이뤄질 수 있도록 노력하겠다"고 말했다.