한국전기연구원 서재화 선임연구원이 우주 환경에서 SiC 전력반도체 소자의 방사선 내성을 평가하고 있다. / 한국전기연구원

한국전기연구원(KERI) 차세대반도체연구센터 서재화 박사팀이 우주 환경에서 탄화규소(SiC) 전력반도체 소자의 방사선 내성을 평가하고 신뢰성을 확보하는 기술을 개발했다. 전력반도체는 전기·전자기기 핵심 부품으로 전류 방향을 조절하고 전력 변환을 제어하는 등 사람 몸으로 치면 근육과도 같은 역할을 한다.

우주 환경에서의 전력반도체 소재로는 실리콘(Si)이 가장 많이 활용되지만, 차세대 주자로는 탄화규소(SiC), 다이아몬드(Diamond) 등 높은 성능과 내구성을 지닌 와이드밴드갭 전력반도체가 주목받고 있다. 우주 방사선은 항공기나 탐사선(로버), 위성 등에 탑재되는 전력반도체의 전기적 특성을 심각하게 저하시키는 원인으로 손꼽힌다. 전력반도체 방사선 영향 연구가 중요한 이유다.

전기연 연구팀은 "국내 최초로 고에너지 우주 환경 모사를 통해 SiC 전력반도체의 방사선 내성을 효과적으로 평가하는 데 성공했다"고 17일 발표했다. 연구팀은 가속기 시설의 고에너지 양성자(100 MeV)를 활용해 우주 환경을 모사했다. 우주 환경 조건에서 SiC 전력반도체의 전압 변화, 피폭으로 인한 누설 전류 증가, 격자 손상 등 여러 영향을 체계적으로 분석했고, 연구 결과는 국제 학술지 ‘Radiation Physics and Chemistry’에 실렸다.

서재화 선임연구원은 “각종 방사선 영향 파라미터를 설정하고, 유사하게 모사된 환경에서 핵심 부품을 실험하는 것은 전 세계에서도 우주 산업 핵심 기술로 손꼽힌다”며 “우주·항공뿐만 아니라 의료용 방사선 기기, 원자력 발전 및 방사선 폐기물 처리 설비, 군수·국방 전자제품 등 다양한 분야에 기술이 적용될 것”이라고 말했다.

연구팀은 이 기술을 활용해 초고에너지급(200MeV 이상) 방사선 조건에서의 SiC 전력반도체 신뢰성 평가와 함께 ‘차세대 내방사(radiation-resistance) 전력반도체’ 소자도 개발할 계획이다.