▲ 하나로에서 생산한 탄화규소 반도체 웨이퍼.

전력 효율과 내구성이 좋은 차세대 전력반도체 시장이 급부상 중인 가운데 우리나라 연구진이 차세대 반도체를 대량 생산할 수 있는 원천기술을 확보했다.

한국원자력연구원은 차세대 전력반도체의 핵심소재인 탄화규소(SiC) 웨이퍼의 대량 도핑기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

탄화규소는 단단하고 고온에 강하며 전력변환 시 손실이 적다.

또 전력을 제어할 수 있는 능력이 기존 전력반도체 소재인 실리콘 대비 수백배나 우수하다.

지금까지 해외 연구는 탄화규소 소재의 웨이퍼를 작게 자른 '소형 반도체 칩' 단위에서 실험하는 수준이었으나 이번에 하나로이용부 박병건 박사팀은 상용되고 있는 탄화규소 웨이퍼 여러 장을 한꺼번에 도핑하는 데 성공했다.

박 박사는 연구용원자로인 하나로를 이용한 '중성자 핵변환 도핑(NTD)' 기술을 활용, 부도체인 탄화규소 단결정(잉곳·ingot)에 중성자를 쏴 원자핵 중 극미량을 인(P)으로 변환시켜 반도체를 만들었다.

이럴 경우 인을 직접 투입하는 일반적인 화학공정보다 인이 균일하게 분포된다.

이를 통해 연구팀은 중성자 도핑 균일도(RRG)를 1% 이내로 유지하는 기술과 탄화규소 웨이퍼 1000장을 동시에 도핑할 수 있는 장치를 개발했다.

검증에서는 기존 탄화규소 웨이퍼의 상용도핑 균일도가 6% 수준이었던 반면 이 기술은 0.35% 수준으로 우수했고 탄화규소 잉곳을 담는 도핑장치를 이용해 하나로 수직 조사공에 직경 4인치 웨이퍼 1000장을 넣는 방식으로 대량 공정도 가능하다.

하나로이용부 선광민 부장은 "이번 원천기술을 기반으로 2023년까지 탄화규소 전력반도체 도핑 상업화에 나설 것"이라고 말했고 원자력연구원 박원석 원장도 "세계 최초로 탄화규소(SiC) 반도체 웨이퍼의 대량 도핑 기술을 확보한 만큼 차세대 전력 반도체 시장에서 우위를 점하는 데에 기여하겠다"고 밝혔다.

충청비즈  cbiz0419@naver.com

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