○ 연구의 목적 및 내용 극한의 방사선 환경에서 반도체 소자는 SEE와 TID현상으로 인해 급격하게 노화된다. 이러한 문제는 현재 사용되는 실리콘의 물성(밴드갭, 변위에너지)과 트랜지스터의 구조(절연체, pn접합과 공핍층)와 깊은 관련이 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 보다 근본적으로 해결하기 위해 실리콘 물질이 아닌 나노소재와 와이드 밴드갭 소재로 새로운 소자 구조를 개발하고 전자시스템을 설계하는 것을 목표로 한다. • 신물질의 내방사선 특성 분석 및 최적화 물질로 소자 제작. • 방사선 환경에서 소자 측정, 분석하여 최적화된 소자 구조 확립. • 신소재로 이루어진 소자의 모델링 수행 및 회로 설계 기반 마련. 실리콘보다 강한 내방사선 특성을 갖는 물질로 2차원 나노소재와 와이드 밴드갭 소재가 현재 주목을 받고 있다. 이러한 물질은 다음과 같은 특수한 물성과 구조를 갖고 있어 TID와 SEE현상을 방지하거나 감소시킨다. • 접합형(junction) 트랜지스터를 사용, 게이트 절연체의 부재로 인한 TID 문제 해결. • Wide bandgap을 이용한 전자정공쌍 형성 감소. • Sensitive volume을 최소화하여 내방사선 효과를 증진. • 강한 원자 결합에 의한 큰 변위에너지 이용. • 방사선 차폐기능 이용. 본 연구는 기존 연구들과 차별성을 두어 일반적인 wide bandgap 물질만 사용하는 것이 아니라 기능성 나노소재의 우수한 특성과 융합하여 새로운 내방사선 소자를 개발하는 것을 목표로 한다. 따라서 기존에 연구되지 않은 다음 주제를 목표로 한다. • 소자가 원자적으로 얇은 2차원 나노소재로 이루어진 내방사선 소자 개발. • 기존의 GaN junction transistor에 방사선 차폐 기능을 가진 2차원 나노소재를 적용한 내방사선 소자 개발. ○ 연구 개발 성과 • ACS Applied Materials & Interfaces (2019) (IF: 8.694, mrnIF:91.10, JCR 상위 9%)교신 저자. 3D 소자 구조에서 CuGeS 칼코젠 물질과 극초박 물질의 가장자리를 이용해 2차원 소재에서 원자적으로 얇은 계면에서의 전자 흐름 특성을 분석한 연구결과이다. 나노소재 기반 내방사선 소자를 만들기위한 선행 연구결과임. • Nanotechnology (2019) (IF: 3.399, mrnIF:77.55, JCR 상위 22%) 교신 저자. 종자층 기법을 적용한 화학 기상 증착법으로 대면적의 다결정 ReS2 필름을 합성에 대한 연구임. ReS2에서 사용되는 Re는 중성자 흡수단면적이 상대적으로 큰 원소로 향후 차폐 및 센서 소재로 사용될 수 있는 2차원 나노 소재이다. • 다중겹 층간 나노소재의 감마선 차폐 성향과 트랜지스터에 적용 후 감마선과 중성자 조사 후의 전류 반응을 측정하였으며 현재 연구 결과를 바탕으로 두가지 논문을 작성하고 있다. 첫번째 논문은 다중겹 층간 나노소재와 나노파티클의 결합으로 인한 효과적인 차폐코팅 분야에 대한 연구이고 두번째 논문은 2차원 나노소재를 채널물질로 사용했을 때 일반 실리콘 소자와의 내방사선 특성 비교 연구이다. ○ 연구 개발 성과의활용 계획 (기대 효과) • 현재 국내의 내방사선 전자소자 연구는 실리콘 물질을 기반으로 하는 연구가 대부분이며 신소재 기반 연구는 거의 전무한 실정이다. 신소재를 사용하게 되면 근본적으로 물리적 성질이 다르므로 내구성이 증진된 전자소자의 제작이 가능하다. 따라서 전세계적으로는 신소재의 우수한 특성을 사용한 내방사선 전자소자에 대한 많은 연구가 이뤄지고 있다. • 본 연구의 결과물은 핵융합 분야는 물론, 우주항공(위성, 무인항공기), 국방, 의료,환경, 안전로봇, 센서 분야 등 다양한 분야에 사용될 수 있다. 특히 나노 소재의 크기와 원소 종류에 따라 차폐재, 센서 및 내방사선 특성을 갖는 형태가 다르고 재료적인 접근을 전자부품에 적용하기 때문에 응용 분야는 매우 다양하다. 이러한 분야는 미래의 고부가가치 전략산업으로 육성이 가능하며 향후 경제적 산업적 중요성이 매우 클것으로 기대된다. 이 번 연구결과물은 향후 비실리콘, 신소재 기반 내방사선 통합 전자시스템을 개발하는 연구에 직접적으로 도움이 될 것으로 예상된다. (출처 : 국문 요약문 4p)
- 연구책임자 : 이승현
- 주관연구기관 : 경희대학교
- 발행년도 : 20200100
- Keyword : 1. 내방사선 소자;2차원 나노소재;와이드 밴드갭 소재;핵융합;접합형 트랜지스터; 2. Radiation hardened devices;2 dimensional material;wide bandgap semiconductors;Nuclear fusion;Junction transistor;
