｢연세미래소식 제19호｣ RESEARCH FRONTIER

AI반도체학부 정광식 교수팀

AI 반도체 혁신의 토대

반도체 소자 결함 정밀 규명 … 

산학 잇는 미래 반도체 신뢰성 연구

연세대학교 AI반도체학부 정광식 교수 연구팀은 반도체 소자의 결함을 정밀하게 규명하고 이를 정량적으로 분석하는 연구를 기반으로, 차세대 AI 반도체의 성능과 신뢰성 한계를 극복하는 핵심 원천기술을 선도하고 있다. 소자 미세화와 고집적화가 가속화되는 반도체 기술 환경에서, 결함은 소자의 성능 저하와 신뢰성 문제를 유발하는 근본 원인으로 작용하고 있으며, 정 교수 연구팀은 이러한 문제를 물리 기반 분석을 통해 체계적으로 해결하고 있다.

연구팀은 전기적 특성 분석을 통한 결함 정량분석을 중심으로, 소자 내부와 계면에서 발생하는 결함 밀도, 결함 준위, 전하 트래핑 거동을 정밀하게 규명하고 있다. 실험적으로 관측된 결함 특성은 밀도범함수이론(DFT) 시뮬레이션을 통해 원자 수준에서 해석되며, 이를 통해 결함의 기원과 전자구조 변화 메커니즘을 일관성 있게 설명하고 있다. 이러한 실험–이론 결합 접근은 기존 경험적 분석을 넘어, 예측 가능하고 재현성 높은 반도체 결함 분석 프레임워크를 구축하는 데 핵심적인 역할을 한다.

특히 정 교수 연구팀은 비선형 광학 기법인 제2고조파 발생(Second Harmonic Generation, SHG)을 활용하여 반도체 계면에서 형성되는 전기장을 비파괴적으로 평가하는 독창적인 연구를 수행하고 있다. SHG 기반 계면 전기장 분석은 기존 전기적 측정으로는 접근이 어려운 계면 비대칭성, 전하 분포, 내재 전기장을 정밀하게 검출할 수 있어, 차세대 반도체 소자의 계면 결함과 전기적 불균일성을 규명하는 강력한 도구로 주목받고 있다.