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원자력연이 개발한 우주항공용 반도체 내방사화 기술 개념도.
국내 연구진이 우주방사선으로부터 반도체를 보호하는 내방사화 기술을 개발했다.
한국원자력연구원 첨단방사선연구소는 강창구 박사팀과 이병훈 포항공대 교수 연구팀이 공동으로 반도체 표면에 대기 중 물과 산소를 차단하는 패시베이션층(반도체 표면의 보호막)을 쌓아 양성자에 의한 반도체 오류를 대폭 억제한 '내방사화 프로필 기술'을 개발했다고 6일 밝혔다.
우주에는 다양한 종류의 방사선이 다량 존재하는데, 이 중 양성자가 우주방사선의 80%를 차지한다. 특히 방사선은 반도체를 사용하는 제품 고장 중 30% 이상의 원인이 되고 있다. 이 때문에 방사선을 견디는 내방사화 기술은 차세대 우주항공용 반도체 개발에 매우 중요하다.
연구팀은 물질을 기 저희 체 상태로 만들어 표면에서 화학반응으로 얇게 쌓는 원자층 증착방식을 활용해 산화아연 기반의 반도체 표면에 10나노미터 두께의 산화알루미늄 보호막 층을 쌓았다.
패시베이션 층을 적용한 반도체와 그렇지 않은 반도체에 양성자를 조사하고 전기적 특성 변화를 비교·분석했다. 그 결과, 패시베이션 층이 양성자 조사 후 반도체의 건전성을 평가하는 문 서울보증보험 신용불량 턱전압 변화는 60%, 동일조건에서 반도체 출력값이 달라지는 이력현상 지수와 스트레스 지수 변화는 90% 대폭 감소한 것으로 나타났다. 반도체 동작 시 원하지 않는 신호인 노이즈 값은 양성자 조사 후에도 전혀 변하지 않았다.
연구팀은 반도체 내방사화 기술의 구체적인 메커니즘을 규명하기 위해 방사선 영향평가 분석시스템을 고도화하고, 다양한 소상공인지원자금 회로 수준에서 내방사선 반도체 연구를 지속할 계획이다.
강창구 원자력연 박사는 "우주방사선의 대부분을 차지하는 양성자의 영향으로부터 반도체를 효과적으로 보호하는 내방사선 기술을 검증한 사례"라며 "차세대 우주항공용 반도체의 내방사화 시스템 구현을 위한 핵심기술로 널리 쓰일 것으로 기대한다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 소상공인진흥원 상권정보시스템 학술지 '나노컨버전스(1월호)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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