[투데이에너지 안후중 기자]
한국원자력연구원 첨단방사선연구소와 포항공과대학교 연구팀이 우주방사선의 80%를 차지하는 양성자로부터 반도체를 보호하는 내방사화 기술 개발에 성공했다.
연구팀은 산화아연(ZnO) 기반 나노반도체 표면에 10나노미터(nm) 두께의 산화알루미늄(Al2O3) 패시베이션 층을 쌓아 양성자에 의한 반도체 오류를 대폭 억제했다. 이 기술은 원자층 증착 방식을 활용해 반도체 표면을 외부와 물리적으로 분리하여 대기 중 물과 산소 등을 차단하는 원리다.
패시베이션 층을 적용한 반도체와 그렇지 않은 반도체에 양성자가속기로 양성자를 조사한 후 전기적 특성 변화를 비교한 결과, 패시베이션 층이 있는 반도체는 문턱전압 변화가 60%, 이력현상 지수와 스트레스 지수 변화는 90% 감소했다. 특히 노이즈 값은 양성자 조사 후에도 전혀 변하지 않았다.
한국원자력연구원은 양성자 조사실험을, 포항공대는 전기적 특성 변화 분석을 담당했으며, 연구 결과는 국제학술지 '나노컨버전스' 1월호에 게재됐다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 이공분야 기초연구사업의 지원을 받아 진행됐다.
향후 연구팀은 반도체 내방사화 기술의 구체적 메커니즘 규명을 위한 방사선 영향평가 분석시스템을 고도화하고, 다양한 회로 수준에서 내방사선 반도체 연구를 계속할 계획이다.
한국원자력연구원 정병엽 첨단방사선연구소장은 "이번 기술은 차세대 나노반도체에 원자층 증착 방식으로 패시베이션 층을 쌓고, 실제 내방사선 효과까지 검증한 사례"라며, "우리나라가 우주항공용 반도체 기술 경쟁에서 우위를 확보할 수 있도록 더욱 노력하겠다"고 밝혔다.
