KAIST, 반도체 전자 트랩 동시 분석 기법 개발
||2026.01.08
[디지털투데이 석대건 기자] KAIST와 IBM이 반도체 내부 결함을 1000배 더 정밀하게 찾아내는 측정 기법을 개발했다. KAIST는 신소재공학과 신병하 교수와 IBM 왓슨(T.J.Watson) 연구소의 오키 구나완(Oki Gunawan) 박사 공동 연구팀이 반도체 내부 결함과 전자 이동 특성을 동시에 분석하는 측정 기법을 개발했다고 8일 밝혔다.
이 기법은 Hall(홀) 측정에 빛과 온도 조건을 결합한 방식이다. 반도체 내부에는 전자 트랩이라는 결함이 존재하는데, 이 전자 트랩은 전자를 붙잡아 이동을 막는다. 전자가 여기에 걸리면 누설 전류가 발생하거나 성능이 저하된다. 전자 트랩의 밀도와 전자 포획 강도를 파악하는 것은 반도체 성능 평가에 필수적이다.
연구팀은 기존 홀 측정에 빛 조사와 온도 변화 조건을 추가했다. 홀 측정은 전기와 자기장으로 전자 움직임을 분석하는 방법이다. 빛을 약하게 비추면 새로 생성된 전자들이 먼저 전자 트랩에 포획되는데, 여기서 빛의 세기를 높이면 트랩이 포화되고 이후 생성된 전자들은 자유롭게 이동한다.
연구팀은 이 변화 과정을 분석해 전자 트랩의 양과 특성을 계산했다. 한 번의 측정으로 전자 이동 속도, 수명, 이동 거리, 트랩 특성을 동시에 얻을 수 있게 됐다. 기존 방법으로는 여러 측정을 별도로 수행해야 했다.
이를 실리콘 반도체에서 적용해 정확성 검증에 성공했다. 이후 차세대 태양전지 소재인 페로브스카이트(Perovskite)에 적용했고, 결과적으로 기존 방법으로는 검출하기 어려운 미량의 전자 트랩까지 찾아냈다. 측정 민감도는 기존 기술 대비 약 1000배 향상됐다고 전했다.
신병하 교수는 "이번 연구는 반도체 안에서 전기의 흐름과 이를 방해하는 요인을 하나의 측정으로 동시에 분석할 수 있는 새로운 방법을 제시했다"며, "메모리 반도체와 태양전지 등 다양한 반도체 소자의 성능과 신뢰성을 높이는 데 중요한 도구가 될 것"이라고 말했다.
한편, 이번 연구 결과는 신소재공학과 박사과정 김채연 학생이 제1저자로 국제 학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 1월 1일 자로 게재됐다.
