국내 연구팀이 산화물 반도체가 고속으로 구동할 때 발생하는 피로 누적에 의한 소자 파괴 현상(이하 '피로 파괴 현상')의 원인을 세계 처음으로 밝혔다. 피로 파괴 현상이 없는 차세대 지능형 전자소자 개발로 이어져 기술 상용화가 앞당겨질 전망이다.

DGIST(대구경북과학기술원) 지능형소자융합연구실 이현준 선임연구원 연구팀이 전자소자 피로 파괴 현상의 원인을 밝혔다고 대학 측이 8일 밝혔다. 

산화물 반도체는 나노미터 수준에서도 전도성이 좋아 인공지능(AI)을 구현하기 위한 시스템 개발 등 분야에서 반도체 재료로 널리 활용된다. 다만 피로 파괴 현상에 따라 나타나는 여러 문제점들이 상용화의 발목을 잡고 있다.

연구팀은 교류신호를 다양한 진동수로 주입하는 신뢰성 평가 방법과 집적회로에서 발생하는 피로 누적 현상을 단위 소자에서 평가하는 방법을 동시에 적용해 피로 누적에 의한 소자 파괴 현상을 발견했다. 또 이 같은 피로 누적 현상이 비대칭적 국소 영역에서 발생하며 전자의 흐름을 방해하는 에너지 장벽으로 작용해 소자의 수명을 단축시킨다는 사실을 수치 해석 방법으로 증명했다.

피로 파괴 현상은 소자의 전기적 신호에 의해 작동되는 모든 전자제품의 수명 및 동작의 신뢰성과 밀접한 관련이 있다. 전자소자의 정보 처리, 자료 전달 등 오류를 최소화할 수 있는 핵심 기술 개발과도 맞닿아 있다.

이 선임연구원은 "산화물 반도체 상용화에 큰 걸림돌인 피로 파괴 현상의 원인을 세계 최초로 규명한 것이 이번 연구의 의의"라면서 "후속 연구를 통해 피로 파괴 현상이 없는 차세대 지능형 전자소자를 개발해 기술 상용화를 앞당기겠다"고 말했다.

이번 연구 결과는 세계적 학술지 네이처의 자매지 '사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)' 지난해 8월호와 12월호에 연속으로 게재됐다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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