컴퓨터, 스마트폰, 디스플레이, 각종 센서 등에 쓰이는 반도체 소자가 점점 작아지고 집적화 되면서 미세 반도체의 발열 문제는 기기의 성능이나 수명저하에 영향을 주고 있습니다.

따라서 미세 반도체의 발열 원인 부위를 찾고 그 특성을 분석하는 일은 발열 문제 해결을 위한 출발점이 될 수 있습니다.

한국기초과학지원연구원 장기수, 김동욱 박사팀은 이러한 미세 반도체의 발열 특성을 레이저를 이용해 정확하게 측정할 수 있는 공초점 열반사 현미경을 개발했습니다.

지금까지 반도체 발열 특성 측정 시스템은 일본, 미국 등의 일부 기업이 독점하고 있으며 우리나라의 경우, 전량 수입에 의존하고 있었습니다.

기존 시스템은 반도체 표면으로부터 방출되는 적외선 에너지량의 분포를 측정해 발열영상을 구현하는 원리로, 공간 분해능 한계가 3 마이크로미터로 나노 크기의 미세 반도체의 발열특성 측정에 한계가 있으며, 장비 비용 또한 고가로 형성되어 있습니다.

이번에 개발한 공초점 열반사 현미경은 적외선이 아닌 가시광선 대역의 레이저를 사용하며, 공간 분해능은 0.35 마이크로미터로 기존 대비 10배의 성능을 보여 미세 반도체의 발열 특성 측정에 최적화되었고, 비용은 기존 대비 절반 수준으로 구축할 수 있습니다.

레이저로 열이 발생하는 시료를 스캔하여 반도체를 구성하는 물질들의 온도에 따라 서로 다르게 나타나는 미세한 빛의 반사율을 정밀하게 측정하며, 기존과 달리 표면뿐만 아니라 3차원으로 구성된 소자의 내부 열원까지 측정할 수 있습니다.

공초점 열반사 현미경은 미세 반도체의 발열 제어를 위한 특성 정보를 제공하여 앞으로 사물인터넷 센서와 인공지능, 플렉시블 및 웨어러블 장치 등의 기술 개발 가속화에 기여하게 될 것입니다.