DGIST, 피로 누적에 의한 소자 파괴 세계 최초로 규명

이현준 선임연구원팀

산화물 반도체 구동 중에 생기는 피로 파괴 현상을 규명한 DGIST 지능형소자융합연구실 이현준(왼쪽) 선임연구원과 DGIST-LBNL신물질연구센터 김준서 선임연구원. DGIST 제공

산화물 반도체가 고속으로 구동할 때 발생하는 피로 누적에 의한 소자 파괴 현상(이하 피로 파괴 현상)의 원인이 세계 최초로 규명돼 눈길을 끈다.

주인공은 대구경북과학기술원(DGIST'총장 손상혁) 지능형소자융합연구실 이현준 선임연구원 연구팀. 연구팀은 산화물 반도체로 만들어진 전자소자가 고속으로 동작할 때 발생하는 소자의 피로 누적 현상의 원인으로 '비대칭적 국소 전자 흐름의 방해 현상'을 주목하고, 고주파수 교류신호 인가 실험과 수치 연산을 활용해 피로 파괴 현상을 증명했다.

실리콘 반도체보다 전도성이 좋은 산화물 반도체는 나노미터 수준에서도 물질의 전도성이 우수해 최근 산업체에서 활발하게 사용하고 있는 반도체 재료다. 인공지능(AI) 구현을 위한 시스템 개발 등 분야에서 활용되고 있다.

산화물 반도체는 전자가 쉽게 이동하고, 기존 반도체 양산 공정을 활용할 수 있다는 장점 덕분에 차세대 디스플레이 소자의 핵심 소재로도 주목받아 산업체가 다양한 전자제품에 적용하고 있다. 하지만 전기적 신호에 따른 피로 누적 현상으로 여러 가지 문제점이 발생, 상용화에 어려움을 겪어 왔다.

이번 연구에서 집적회로에서 인가되는 신호와 유사한 교류신호를 다양한 진동수 형태로 주입하는 신뢰성 평가 방법과 집적회로에서 발생하는 피로 누적 현상을 단위 소자에서 평가하는 방법을 동시에 적용해 피로 누적에 의한 소자 파괴 현상을 발견했다.