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한국 연구팀이 탄화규소(SiC) 전력반도체의 결함을 판별하는 지표에 오류가 있음을 밝히고 새 지표를 제시했다. 국제전기기술위원회(IEC) 기준에 약 15년간 반영된 ‘(4,1) 프랭크형 적층 결함’의 파장은 424나노미터로 알려졌지만, 연구팀이 확인한 값은 459나노미터였다.
SiC 전력반도체는 고온·고압을 견디며 전류의 방향과 전력 변환을 제어하는 부품으로, 전기차와 신재생에너지 설비 등에 쓰인다. 제조 과정에서 원자층이 어긋나는 ‘적층 결함’이 생기면 성능이 떨어질 수 있다. 업계는 웨이퍼를 깨지 않고 빛을 쏘는 광발광(PL) 검사로 결함을 찾는다.
결함 부위에서 나오는 빛의 파장이 정상 부위와 다르다는 점을 이용한다.
나문경 한국전기연구원 차세대반도체연구센터 책임연구원과 홍순구 충남대 연구팀, 호리바에스텍코리아, SK실트론 등이 참여한 공동연구팀은 상용 웨이퍼 207장에 담긴 10만여 개의 결함 데이터를 분석했다. 그 결과 주요 결함 유형이 프랭크형 적층 결함임을 밝혔다.
이는 결정 구조에서 원자 한 층이 빠지거나 추가돼 생기는 결함이다.
연구팀은 빛으로 결함 위치를 찾은 뒤 해당 부분을 수 나노미터 단위로 정밀하게 잘라 원자분해능 주사투과전자현미경으로 관찰했다. 이를 통해 ‘(4,1) 프랭크형 적층 결함’에서 방출되는 빛이 기존에 알려진 424나노미터가 아니라 459나노미터임을 확인했다.
기존 지표는 빛의 신호와 실제 원자 구조를 직접 대조해 얻은 결과가 아니었다. 연구 결과는 국제학술지 《악타 머티리얼리아》 2026년 9월 8일자에 게재됐다.
결함 신호를 원자 구조와 연결한 분석은 불량 원인을 추적하고 제조 공정을 개선하는 데 활용될 수 있으며, 궁극적으로 전기차와 전력 변환 시스템의 품질·안전성 향상에 기여할 수 있다.
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