고에너지갭(Wide Bandgap, WBG) 반도체 소자 기술은 기존의 실리콘 기반 반도체가 가지는 한계를 뛰어넘어, 고전압, 고온, 고주파 환경에서도 안정적으로 동작할 수 있는 차세대 반도체 기술입니다. 본 연구실에서는 실리콘 카바이드(SiC), 갈륨 나이트라이드(GaN), 알루미늄 나이트라이드(AlN), 갈륨 옥사이드(Ga2O3), 다이아몬드 등 다양한 WBG 소재를 기반으로 한 소자 개발에 집중하고 있습니다. 이러한 소재들은 넓은 밴드갭 특성으로 인해 높은 항복 전압과 낮은 온저항, 우수한 열전도도 및 내열성을 갖추고 있어, 전력 변환 효율을 극대화하고 소자의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 연구실에서는 WBG 반도체의 재료 특성 분석, 소자 설계, 공정 및 측정 분석을 아우르는 통합 연구를 수행합니다. 특히, SiC와 Ga2O3를 활용한 파워 반도체 소자(다이오드, 트랜지스터, 센서 등)의 구조 최적화, 계면 결함 제어, 고온/고전압 동작 특성 개선, 그리고 신뢰성 평가에 중점을 두고 있습니다. 또한, 에어로졸 증착, RF 스퍼터링, 미스트 CVD 등 다양한 박막 증착 및 나노/마이크로 가공 기술을 활용하여 고품질의 박막 및 이종접합 구조를 구현하고, 이를 기반으로 한 소자의 전기적·열적 특성을 체계적으로 분석합니다. 이러한 연구는 전기차, 신재생에너지, 스마트 그리드, 산업용 전력 변환 시스템 등 다양한 첨단 산업 분야에서 요구되는 고효율·고신뢰성 전력 반도체 소자 개발에 핵심적인 역할을 하며, 미래 에너지 및 모빌리티 혁신을 선도할 수 있는 기반 기술로 자리매김하고 있습니다.

반도체 소자의 성능과 신뢰성은 소재의 품질, 소자 구조, 그리고 공정에서 발생하는 다양한 결함의 제어에 의해 결정됩니다. 본 연구실은 소재 개발부터 소자 설계, 회로 통합에 이르는 전 과정을 아우르는 통합적 연구를 수행하며, 특히 결함 분석 및 제어 기술에 강점을 가지고 있습니다. SiC, Ga2O3 등 WBG 소재의 에피택셜 성장, 박막 증착, 도핑 및 어닐링 공정에서 발생하는 포인트 결함, 계면 결함, 깊은 준위 트랩 등 다양한 결함의 특성을 심층적으로 분석하고, 이를 최소화하기 위한 최적의 공정 조건을 도출합니다. 결함 분석을 위해 DLTS(Deep Level Transient Spectroscopy), AFM(Atomic Force Microscopy), XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy), TEM(Transmission Electron Microscopy) 등 첨단 분석 장비를 활용하여 소재 및 소자 내 결함의 에너지 준위, 농도, 분포 등을 정밀하게 측정합니다. 또한, TCAD 시뮬레이션을 통해 결함이 소자 특성에 미치는 영향을 예측하고, 실제 소자 제작 및 측정 결과와 비교하여 최적의 소자 구조 및 공정 조건을 제시합니다. 이를 통해 소자의 온저항, 항복 전압, 스위칭 특성, 장기 신뢰성 등 핵심 성능 지표를 획기적으로 개선하고 있습니다. 더불어, 소재-소자-회로의 연계 연구를 통해 고에너지갭 반도체 기반의 파워 소자를 실제 전력 변환 회로에 적용하고, 시스템 수준에서의 효율 및 신뢰성 향상 방안을 모색합니다. 이러한 통합적 접근은 차세대 전력반도체 산업의 경쟁력 확보와 실용화에 중요한 기여를 하고 있습니다.