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안전공학과 전기소자 신뢰성 연구실(지도교수 송형준)은 미국 Los Alamos National Lab과 서울대학교와 공동연구를 통해 순간 고전압에 의한 반도체 소자 파괴 원리 및 방지 방안을 연구하여, 에너지 소자 및 응용 물리 분야 최우수 과학 저널인 Advance Energy Materials (IF:29.698, JCR 상위 2% 이내)에 논문을 게재하였다.

본 연구팀은 지난달 온라인에 게재된 “ Electrically Reliable Perovskite Photovoltaic Cells Against Instantaneous Kilovolt Stress”라는 논문을 통해 고전압이 얇은 박막 광전자 및 반도자 소자에 인가시, 전하 및 전공 이동이 원활하지 못한 계면이 파괴되면서 반도체의 성질을 잃어버리는 것을 발견하였다. 또한 다양한 계면층의 도입과 용액 반도체층의 표면 처리 방식을 통해 소자의 신뢰성을 확보하는 방안을 제시하였다.

본 연구는 새롭게 제시되는 페로브스카이트나 이차원 물질 기반 반도체의 신뢰성 개선에 크게 기여할 것으로 예상된다. 박막 반도체 소자의 경우 실리콘 반도체보다 두께가 1/100로 매우 얇아서, 순간 고전압이 인가 시 높은 전기장에 취약하다. 특히 고전압원과 연결되어 있는 박막 태양전지의 경우 제조공정에서 마찰에 의한 정전기 방전, Surge 나 낙뢰와 같은 순간 고전압을 마주칠 수 있는 상황들이 다수 발생하여 적절한 안전 대책이 필요하다. 본 연구는 반도체 필름의 계면 제어를 통해 본 문제를 해결하여 전체 시스템의 안전성을 확보하는데 기여할 것으로 예상된다.

한편 학부연구생으로 본 논문의 공동저자의 저자로 참여한 고명근 학생은 본 논문에서 얻은 전공지식을 바탕으로 현재 SK Hynix에서 반도체 신뢰성 개선에 대한 연구를 지속하고 있다.

[논문 정보]
저널명: Advance Energy Materials (IF:29.698, JCR 상위 2% 이내)
논문제목: Electrically Reliable Perovskite Photovoltaic Cells Against Instantaneous Kilovolt Stress (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202203012)
저자명: Junhyoung Park, Junseop Byeon, Jihun Jang, MyeongGeun Ko, Namyoung Ahn, Mansoo Choi, Hyung-Jun Song