전력반도체 국제기준 오류 수정, 결함 지표는 어떻게 확인했나

한국 연구팀이 SiC(탄화규소) 전력반도체 결함을 판별하는 국제 기준의 파장 오류를 밝혀내고 새 지표를 제시했다. 한국전기연구원 나문경 차세대반도체연구센터 책임연구원과 홍순구 충남대 연구팀, 호리바에스텍코리아, SK실트론이 공동으로 연구했으며, 결과는 국제학술지 ‘악타 머티리얼리아’ 2026년 9월 8일자에 게재됐다.

SiC 전력반도체는 고온·고압 환경에서 전류 방향과 전력 변환을 제어해 전기차와 신재생에너지 설비 등에 쓰인다. 제조 중 원자층이 쌓이는 순서가 어긋나는 적층 결함이 생기면 성능이 떨어질 수 있다. 웨이퍼를 깨지 않고 결함을 찾는 광발광(PL) 검사는 빛을 비춘 뒤 결함 부위에서 방출되는 파장을 살핀다.

결함이 없는 부위와 파장이 다른 원리를 이용하는 방식이다.

연구팀은 상용 웨이퍼 207장에 담긴 10만여 개의 결함 데이터를 분석해 프랭크형 적층 결함이 주요 유형임을 확인했다. 이 결함은 결정 구조에서 원자층 하나가 빠지거나 추가돼 생긴다. 시트와 크림을 겹겹이 쌓는 케이크에서 시트가 놓일 차례에 크림이 한 겹 더 들어가는 모습에 비유할 수 있다.

그중 ‘(4,1) 프랭크형 적층 결함’은 424나노미터(nm)의 빛을 낸다고 알려져 국제전기기술위원회(IEC) 기준에 약 15년간 반영돼 있었다. 다만 이 지표는 빛 신호와 실제 원자 구조를 직접 대조해 확인한 결과가 아니었다.

연구팀은 빛으로 결함 위치를 찾은 다음 해당 부위를 수 나노미터 단위로 정밀하게 잘라 원자분해능 주사투과전자현미경(HAADF HR-STEM)으로 관찰했다. 그 결과 이 결함의 지표는 기존의 424nm가 아니라 459nm인 것으로 드러났다.

빛의 신호를 실제 원자 구조와 연결해 결함을 정확히 가려내면 불량 원인을 추적하고 제조 공정을 개선하는 데 도움이 된다. 이는 전기차와 전력 변환 시스템의 품질과 안전성을 높이는 데도 기여할 수 있다.