실리콘 카바이드(SiC) 금속-산화물-반도체(MOS) 소자는 전기차(EV), 고속철도, 첨단 산업 시스템에서 더 높은 전력 효율을 달성하는 데 필수적입니다. 그러나 SiC/SiO2 계면의 높은 결함 밀도는 전자 이동도를 제한하고, 결정적으로 장기적인 소자 신뢰성에 영향을 미치는 주요 장애물이었습니다.
기존에는 SiC MOS 성능을 향상하기 위해 질소와 같은 불순물을 도입하는 방법(계면 질화)을 사용했습니다. 이는 이동도를 높였지만, 특히 장기간 전압 스트레스 하에서 전체 소자 신뢰성의 저하로 이어지는 경우가 많아 안전이 중요한 응용 분야에서는 큰 우려 사항이었습니다.
오사카대학교의 한 연구팀이 이 근본적인 상충 관계를 성공적으로 해결했습니다. 이들은 초고온(1200 degrees Celsius 초과)에서 희석 수소 어닐링을 활용하는 새로운 2단계 열처리 기술을 개발했습니다.
이 혁신은 게이트 산화막 증착 전과 후에 각각 한 번씩, 고온 수소 어닐링을 두 번 수행하는 데 있습니다. 이 독특한 공정은 실리콘 MOS 기술에서 사용되는 표준 공정을 SiC의 과제에 맞게 적용한 것으로, SiC 표면 근처와 SiC/SiO2 계면의 결함을 효과적으로 패시베이션하거나 제거합니다.
무엇보다도 질소와 같은 이종 불순물 도입에 의존하지 않음으로써, 이 새로운 기술은 성능과 신뢰성을 모두 획기적으로 향상시키는 것으로 입증되었습니다. 이 방법으로 제작된 소자는 표준 비정제 소자보다 전자 이동도가 5배 이상 높고, 기존의 질소 도핑 SiC MOS 소자와 비교했을 때 양(+) 및 음(-) 바이어스 스트레스 모두에 대해 훨씬 뛰어난 내성을 보입니다.
이번 돌파구는 더 효율적이고 더 작은 크기일 뿐 아니라 전례 없는 수준의 장기 신뢰성을 제공하는 차세대 SiC 전력 모듈의 길을 엽니다. 이 기술은 고전력 응용 분야 전반에서 SiC의 채택을 크게 앞당겨, 탄소중립 사회에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
