초록 ▼

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
○ 반도체 산업의 기술 확산을 위해 실리콘의 대구경화 및 차세대 반도체 소재 SiC의 활용 요구가 증가하고 있으나 실용화 및 제품양산을 위한 산업적 난제에 봉착한 상태로, 이를 해결하고 동시에 반도체 및 첨단소재 시장에서 선제적 위치를 확보하고자,
- 연구로를 활용한 대용량 실리콘과 차세대 반도체 소재인 탄화규소(SiC)의 중성자도핑 방법론을 개발하고,
- SiC 반도체의 중성자 도핑 장치를 개발하여, 세계 최초로 SiC 중성자 도핑 양산기술 개발
전체 내용
○ (

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
○ 반도체 산업의 기술 확산을 위해 실리콘의 대구경화 및 차세대 반도체 소재 SiC의 활용 요구가 증가하고 있으나 실용화 및 제품양산을 위한 산업적 난제에 봉착한 상태로, 이를 해결하고 동시에 반도체 및 첨단소재 시장에서 선제적 위치를 확보하고자,
- 연구로를 활용한 대용량 실리콘과 차세대 반도체 소재인 탄화규소(SiC)의 중성자도핑 방법론을 개발하고,
- SiC 반도체의 중성자 도핑 장치를 개발하여, 세계 최초로 SiC 중성자 도핑 양산기술 개발
전체 내용
○ (대용량 실리콘 중성자 도핑 방법론 개발) 12인치 대용량 실리콘 단결정의 중성자 균일 조사기술과 중성자 도핑 방법론 개발
- 온도 의존성 실리콘 단결정 핵자료 확보 및 전산모사 라이브러리 생산
- 대용량 실리콘 중성자 조사 균일도 평가
- 연구로 활용 대용량 실리콘 반도체 중성자 도핑 전산모사
○ (SiC 반도체 중성자 균일 조사 기술개발) 연구로를 이용한 SiC 단결정 잉곳의 중성자 핵반응 전산모사 및 중성자 도핑 장치설계
- SiC 반도체 중성자 핵반응 단면적 자료 확보 및 라이브러리 생산
- 연구로 전노심 모델구축 및 조사공 중성자 특성 평가
- SiC 반도체 중성자 도핑 전산모사
○ (중성자도핑 SiC 반도체 물성 평가 기술개발) 중성자 조사에 따른 SiC 반도체의 잔류방사능 평가 및 중성자 조사결함 평가
- SiC 단결정 잉곳의 중성자 조사특성 및 불순물 정량
- NTD-SiC 반도체 잔류방사능 예측 및 C-14 방사능 평가
- NTD-SiC 조사결함 생성기작 연구 및 평가 방법론 개발
○ (SiC 반도체 중성자 도핑 장치 개발) SiC 반도체 대상 중성자 도핑 장치설계, 제작 및 시험 조사를 통한 상용화 가능성 타진
- SiC 반도체 중성자 도핑 장치설계 및 요소기술 개발
- SiC 반도체 중성자 도핑 장치 제작
- SiC 단결정 잉곳 시험 조사

연구개발성과
○ (대용량 실리콘 중성자도핑 방법론 개발) 12인치 대용량 실리콘 단결정의 중성자 균일 조사기술과 중성자도핑 방법론 개발
- 입사 중성자의 에너지에 따른 비정질 실리콘과 단결정 실리콘의 산란 단면적을 조사·확보하고, 단결정 실리콘의 온도 증가에 따른 조사 균일도가 저하 현상 평가함. 12인치 대형 조사공의 조사특성 평가를 위한 전노심(full core) 모델을 생성하고, 가상의 대형 조사공 계산 모델 구현하여 12인치 실리콘 반도체의 축방향, 반경방향 중성자속 평가 완료함. 실리콘의 축방향 및 반경방향에 대한 균일 중성자 도핑 기술 제안하였으며, 대용량 실리콘 중성자 도핑 장치 스크린 및 반사체 설계하여 대용량 실리콘의 중성자 도핑 적용가능성 평가함
○ (SiC 반도체 중성자 균일 조사 기술 개발) 연구로를 이용한 SiC 단결정 잉곳의 중성자 핵반응 전산모사 및 중성자도핑 장치 설계
- SiC와 중성자의 핵반응 선행연구 조사하고, 핵자료에 따른 계산결과와 실험결과의 차이 확인하였으며, 최신의 ENDF/B-VIII.0 핵자료에서 배포된 3C-SiC 단결정에 대한 핵자료 라이브러리를 확보함. ENDF/B-VIII.0 핵자료의 SiC-열중성자 산란 단면적 라이브러리를 SiC 온도별에 따른 ACE 형식으로 생산하였으며, 연구로 전노심 모델을 구축하여 SiC 단결정의 중성자 도핑 전산모사를 수행하여 조사 균일도를 평가함. 개념설계안을 바탕으로 최적의 도핑 균일도를 가지는 중성자 도핑 장치를 설계 완료함.
○ (중성자도핑 SiC 반도체 물성 평가 기술 개발) 중성자 조사에 따른 SiC 반도체의 잔류 방사능 평가 및 중성자 조사 결함 평가
- 상용 SiC 단결정 잉곳 정량/중성자 조사 특성 자료 확보하였으며, 단결정의 방사화 문제에 대한 해석 연구를 수행함. SiC 단결정의 핵발열량을 평가하고, NTD-SiC 조사결함 생성기작에 대한 연구를 수행함. 중성자 조사에 의한 SiC 반도체 DPA 단면적을 생산하고 중성자 조사량에 따른 결함 농도를 평가함. 중성자 조사결함 해소 방법론 개발하였으며, 해소 조건을 최적화함. SiC wafer를 이용하여 조사결함 해소 특성 시험을 수행함.
○ (SiC 반도체 중성자도핑 장치 개발) SiC 반도체 대상 중성자도핑 장치 설계, 제작 및 시험 조사를 통한 상용화 가능성 타진
- 개념설계안을 바탕으로 SiC 단결정 중성자도핑 조사장치의 제작도면 및 3D 도면 작성하고, 조사통 제작을 위한 기술시방서, 구매요구서를 기반으로 업체 선정 및 계약완료함. 중성자도핑 조사장치를 제작하였으며, 제작된 조사장치의 노외 및 노내 성능시험을 완료함. 4인치 HPSI SiC 단결정을 대상으로 중성자 도핑시험을 수행하였으며, SiC 단결정의 도핑 균일도를 평가 완료함.

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ (SiC 반도체 중성자 균일 조사기술 개발) SiC 중성자 도핑 전산모사 결과 및 장치 설계안은 중성자 도핑 장치 제작에 직접 활용되며, SiC 잉곳의 위치에 따른 중성자 조사량 최적화를 통해 불순물 농도가 균일한 고품질의 반도체 생산을 위한 기초 자료로써 활용. NTD-SiC 반도체를 MOSFET, IGBT 등 반도체 소자 개발 연구에 활용
○ (SiC 반도체 중성자 도핑 장치 개발) 본 연구를 통해 개발된 SiC 중성자 도핑기술 및 이를 기반으로 제작된 중성자 도핑 장치는 실제 중성자 도핑 공정을 수행하는 연구용 원자로 하나로에 설치하여 중성자 조사시험을 수행 가능. 조사시험 결과는 향후 NTD-SiC 제품의 실용화 및 제품화를 위한 기초 자료로써 활용
○ (중성자 도핑 SiC 반도체 조사결함 평가 및 해소기술 개발) 본 연구를 통해 확보된 SiC 반도체의 핵자료 및 중성자 조사에 의한 격자 결함 평가 결과는 중성자 도핑기술뿐만 아니라 핵연료 제조, 원자로 구조물 및 방사선 이용 장치 제작 등의 분야에서 SiC 재료 연구에 활용

과학적 측면
연구로를 활용한 대구경 실리콘 단결정과 SiC 반도체의 중성자 도핑 기술 개발을 통하여 방사선 연구기반을 반도체/전자/첨단소재 분야로 확대
경제적 측면
전력반도체 핵심기술인 양질의 중성자도핑 기술 확보로 포스트실리콘 반도체의 기술확산 시기를 가시화함과 동시에 국내외 관련산업 시장을 선점
산업적 측면
방사선융합기술 이용한 신소재의 가치창출을 통해 실리콘 기반 반도체 산업의 돌파구를 마련하고, 4차 산업혁명의 핵심 부품인 차세대 반도체 소자의 원천기술 확보로 방사선 산업의 국가 경쟁력 향상

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 1) 연구개발 대상의 국내･외 기술 수준 및 시장 현황 ... 7
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 11
• [ 1차년도 ] ... 11
• [ 2차년도 ] ... 23
• [ 3차년도 ] ... 47
• [ 4차년도 (RFP) ] ... 66
• [ 5차년도 (RFP) ] ... 76
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 106
• 1) 연구수행 결과 ... 106
• 2) 목표 달성 수준 ... 113
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 113
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 114
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 114
• 참고 문헌 ... 115
• 끝페이지 ... 116