KERI, SiC 적층결함 발광 파장 재규명…424nm 아닌 459nm

한국전기연구원(KERI) 연구팀이 탄화규소(SiC) 전력반도체의 특정 적층결함에서 나오는 빛의 파장을 기존에 알려진 424nm가 아닌 459nm로 규명했다고 밝혔다. 광발광 검사 신호와 실제 원자구조를 대조한 결과로, 기존 결함 판별 기준을 재검토할 근거를 제시했다.

KERI 차세대반도체연구센터 나문경 박사팀은 충남대학교 홍순구 교수팀, 호리바에스텍코리아, SK실트론 등과 공동으로 ‘(4,1) 프랭크형 적층결함’의 원자구조와 발광 특성을 분석했다.



광발광 신호와 원자 배열 직접 대조
SiC 전력반도체는 전기차와 신재생에너지 설비 등의 전력 변환에 사용된다. 제조 과정에서 원자층의 쌓임 순서가 어긋나는 적층결함이 발생하면 소자 특성에 영향을 줄 수 있어 종류와 구조를 구분하는 작업이 필요하다.

산업계에서는 웨이퍼에 빛을 비춘 뒤 방출되는 신호를 측정하는 광발광(PL) 검사를 활용한다. 결함에 따라 나타나는 발광 신호를 분석해 웨이퍼를 파괴하지 않고 결함을 판별하는 방식이다.

연구팀에 따르면 (4,1) 프랭크형 적층결함은 약 15년간 424nm의 발광 파장을 갖는 것으로 알려져 국제전기기술위원회(IEC) 기준에도 반영돼 있었다. 다만 빛의 신호와 원자구조를 같은 위치에서 직접 대조한 근거가 부족했다는 설명이다.

공동연구진은 상용 웨이퍼 207장의 결함 데이터 10만여 개를 분석하고, PL 검사로 확인한 위치에서 나노 시편을 제작했다. 이후 원자분해능 주사투과전자현미경으로 원자 배열을 관찰했다.

분석에는 시편 176개가 사용됐다. 연구팀은 전자현미경 관찰과 밀도범함수이론(DFT) 계산을 통해 구조와 전자·광학 특성을 교차 검증했으며, 해당 결함의 특성 발광 파장이 459nm임을 확인했다고 밝혔다.

결함 판별 기준 재검토 근거 제시
연구는 비파괴 검사에서 얻은 발광 신호를 실제 결함의 원자구조와 연결하는 데 초점을 맞췄다. KERI는 이 결과가 결함 분류 기준을 재검토하고 제조 공정에서 결함 원인을 분석하는 데 활용될 수 있다고 설명했다.

성과를 담은 논문은 재료 분야 학술지 ‘악타 머티리얼리아(Acta Materialia)’에 게재됐다. 프랭크형 적층결함의 분류와 구조적 연결성, 에너지 안정성, 전자·광학 특성에 관한 분석을 다뤘다.

KERI는 나문경 박사가 SiC 결함 분석 관련 연구로 일본 호리바가 주관하는 ‘2026 호리바 마사오상’의 Honorable Mention에 선정됐다고도 밝혔다.

연구는 산업통상부 ‘화합물전력반도체고도화기술개발사업’의 지원을 받아 수행됐다.