입력 2025.09.29 10:28
- 차세대 반도체 소자·공정 기술 개발, 3년간 연구 수행 지원
연세대학교 인공지능융합대학 지능형반도체전공 오정우 교수 연구팀이 미국 공군연구소(AFRL, Air Force Research Laboratory)의 국제 연구지원 프로그램인 AFOSR(Air Force Office of Scientific Research), AOARD(Asian Office of Aerospace Research and Development)로부터 3년간 연구 grant(연구자 주도형 연구지원금) 지원 대상으로 선정됐다.
이번 과제는 미국 공군연구소와 추진하는 국제 공동연구 프로그램의 일환으로, 전력 반도체의 전기적 특성과 열 관리 성능을 동시에 혁신적으로 향상시킬 새로운 소자 및 공정 기술을 다룬다.
오정우 교수는 BeO를 원자층증착법(Atomic Layer Deposition) 방식으로 성장시키는 독자적 기술을 확보하고 있다. 이를 통해 전통적인 Si 기반 CMOS 전공정에서 게이트 절연막으로의 활용뿐 아니라, 후공정 영역에서 결정성장 기반 고방열 패키징 소재로 적용할 수 있는 가능성을 제시했다. 특히 BeO는 기존 Si, SiC, GaN 등 기존 반도체가 직면한 열 방출 한계와 누설 전류 문제를 동시에 해결할 수 있는 소재로 주목받고 있다.
이번 연구는 BeO의 뛰어난 열전도도, 넓은 밴드갭, β-Ga₂O₃과의 큰 Conduction Band Offset을 활용해 전력반도체 소자의 고전압 안정성과 방열 성능을 동시에 확보하는 것을 목표로 한다. 오 교수팀은 이를 위해 미국 오하이오주에 위치한 공군연구소와 공동으로 BeO/β-Ga₂O₃ 이종접합 구조를 설계 및 제작하고, 전기적·열적 특성을 평가해 차세대 전력반도체 소자의 상용화 가능성을 검증할 계획이다.
BeO는 advanced packaging 과정에서 금속과 결합해 고방열 절연층으로 활용될 수 있으며, 향후 3D 집적회로(3D-IC)와 이종 집적(Heterogeneous Integration) 기술에도 적용 가능하다. 이를 통해 항공기, 전기차, 재생에너지, 고주파 통신 등 고전력 구동 환경에서 요구되는 고효율·고내열 소자의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
아울러 BeO의 우수한 절연 특성과 고열전도 특성을 활용하면, 수직 적층 기반의 고집적 3D 패키징 구조에서 발생하는 열 집중 문제를 효과적으로 해결할 수 있어 고대역폭을 요구하는 AI 반도체의 설계 및 제조에도 유망한 기반 기술이 될 수 있다. 이러한 점에서 이 기술은 차세대 AI·고성능컴퓨팅(HPC) 반도체 플랫폼의 재료적·공정적 한계를 동시에 돌파할 수 있는 핵심 솔루션으로 평가된다.
오 교수는 “미국공군 연구소와의 지속적인 공동연구와 신뢰 관계를 바탕으로 BeO 기반 차세대 반도체 기술이 글로벌 전략 기술로 자리잡을 수 있는 토대를 마련했다”며, “후속 연구를 통해 초고효율 반도체 소자의 실제 상용화에 기여하겠다”고 포부를 밝혔다.
한편, AFRL 산하 AFOSR, AOARD는 미래 공군 및 우주군의 임무를 뒷받침할 수 있는 고위험·고잠재력 기초연구를 발굴·육성하는 기관이다. 장기적인 관점에서 공군·우주군의 R&D 전략을 주도하며, 세계 유수의 대학 및 연구자와 협력해 과학기술 경쟁력을 선도하고 있다.