한국 전기 연구원 연구팀, 탄화 규소 결함 검사 기술 개발 완료
전력 반도체 용 SiC 재료 결함 분석 장비. 사진 제공 = 한국 전기 연구원 (KERI).
[아시아경제 김봉수 기자]이제 글로벌 시장의 80 %를 장악 한 일본 산 전력 반도체 검사 장비 국산화가 가능 해졌다. 일본과의 재료, 부품 및 장비 전쟁에서 반격의 발판이 하나 더 있습니다.
한국 전기 학회 (KERI)는 8 일 박사 과정을 발표했다.
전력 반도체는 전력이 필요할 때마다 본질적으로 사용되는 산업의 중요한 부분으로, 전류의 방향을 제어하고 전력 변환을 제어하는 등 인간의 관점에서 근육과 같은 역할을합니다. 전기 자동차, 신 재생 에너지 등 친환경 산업의 기반을 형성하는 첨단 소재로 5G 이동 통신망 등 디지털 기반 4 차 산업을 선도하는 핵심 기술로 꼽힌다. 특히 전기 자동차에서 배터리와 전기 모터를 연결하는 고성능 인버터의 필수 부품으로 사용되고 있으며 최근 많은 관심을 받고있다.
전력 반도체의 핵심 인 제어 효율을 유지하는 소재가 기존 실리콘 (Si)에서 탄화 규소 (SiC)로 대체되고있다. 열적, 전기적 특성이 우수한 SiC는 뛰어난 내구성, 다목적 성, 작동 온도 및 속도, 고효율을 자랑하며 기존 실리콘 전력 반도체 시장을 빠르게 대체하고 있습니다.
그러나, SiC 재료는 재료 특성으로 인한 보이지 않는 내부 결정 결함 (전위)으로 인해 반도체 소자의 성능을 저하시키는 주요 원인 중 하나로 간주됩니다. 이러한 결정 결함은 매우 복잡하고 식별하기 어려우며, 구동 초기부터 반도체 소자의 특성이 저하되는 경우가 있으며, 더욱 심각한 상황에서는 사용 중에 특성이 점차 변화하여 문제를 일으킨다. 예를 들어 사고에 민감한 전력 계통 현장이나 도로를 달리는 전기 자동차의 SiC 전력 반도체에 문제가 발생하면 심각한 인명 피해와 재산 피해가 발생할 수있다.
따라서 우수한 성능의 SiC 전력 반도체를 개발하는 것이 중요하지만, 향후 문제를 일으키지 않도록 결함을 검사하고 다양한 문제를 해결할 수있는 분석 기술이 필수적이다. SiC 재료의 결함은 보이지 않고 재료가 매우 단단하여 관찰하기가 매우 어렵습니다. 현재 SiC 재료 검사 장비는 기술 난이도가 높고 진입 장벽이 높아 일본이 세계 시장의 80 % 이상을 점유하고 있습니다. 장비 비용도 높기 때문에 국내에서는 일부 웨이퍼 샘플로 성능 테스트 수준에 불과합니다.
연구팀은 국내 최초로 광 발광 현상을 이용하여 SiC 재료의 결함을 검출하는 기술을 개발했다. PL 분석 방법은 여기 된 전자가 제자리로 돌아올 때 특정 파장의 빛을 방출하는 현상을 분석합니다. 즉, SiC 물질에 자외선 (UV) 에너지를 전달한 후 전자가 방출하는 특정 파장을 분석하여 정상인지 아닌지 (결정 결함)를 판단합니다.
원래 SiC는 PL 방출 효율이 낮은 간접 밴드 갭 반도체 소재로 장비로 신호 감지가 어려웠습니다. 그러나 연구팀은 광학 검사 장비 전문 업체 에타 맥스와의 협업을 통해 PL 손실을 줄이는 등의 노력 끝에 ‘전력 반도체 용 SiC 재료 결함 분석 장비’를 개발할 수 있었다.
검사 대상 및 평가 항목에 따라 두 파장의 빛을 선택하여 표면 및 내부 결함을 감지하는 일본 제품과 달리 KERI가 개발 한 장비는 단 하나의 레이저 파장으로 SiC 재료를 파괴하지 않고 다양한 내부 결함을 검사 할 수 있습니다. 있다. 검사 정밀도 (결함 감지 능력) 등 장비 성능은 동등 이상의 수준을 보였다. 연구팀은 기업과의 기술 이전 및 상용화 라인 구축을 통해 검사 장비 가격을 일본 제품 가격의 절반 (약 14 억원)에 공급할 수있을 것으로 기대하고있다. 연구팀은 개발 된 기술과 관련된 원 특허 출원을 완료했습니다.
나 문경 박사는“고난이도의 SiC 전력 반도체 시장을 선점하기 위해이를 활용 한 재료 원 연구 및 소자 개발에 집중했다면 이제 개발 된 제품의 신뢰성과 품질을 보장하기 위해 다양한 평가 방법을 개발했다. 따라서 우리는 SiC 전력 반도체의 ‘설계 프로세스 평가’로 이어지는 통합 제조 라인을 구축했습니다. ” 나는 그것이 일어나도록 노력할 것입니다. “라고 그는 말했다.
한편 유럽 시장 조사 기관 IHS 마켓에 따르면 SiC 전력 반도체 시장은 지난해 약 7 억달러에서 2030 년 약 100 억달러 (약 11 조원)로 연평균 32 % 성장할 것으로 예상된다.
김봉수 기자 [email protected]