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해외동향기술

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마이크로전자장치 및 나노전자장치에 대한 전리 방사선의 영향을 분석할 수 있는 새로운 모델 ndsl 상세보기

과학기술분류

전기/전자

저자

KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

키워드

1. 반도체; 전리 방사선; 우주; 비평형; 확산 표류 2. semiconductor; ionizing radiation; space; nonequilibrium; diffusion drift

등록일

20181207

NDSL OPENAPI

초록
러시아 로바체프스키 국립대학(Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod)과 러시아 과학원(Russian Academy of Sciences)의 연구진은 우주 공간 또는 레이저 방사선에서 발생하는 대전된 중입자(heavy charged particle)의 영향 하에서 마이크로전자장치 및 나노전자장치가 어떤 영향을 받는지를 분석하는데 국부적인 비-평형 근사법을 이용한 확산-표류 모델을 제안했다. 디지털 및 아날로그 전자 장비의 하드웨어 개발은 다이오드와 트랜지스터 구조의 활성 영역 크기를 줄이는 방향으로 진행되고 있다. 이것은 제조비용을 기존과 동일하게 유지하거나 감소시키면서 마이크로전자장치 및 나노전자장치의 성능을 향상시킴으로써 달성될 수 있다. 마이크로전자장치 및 나노전자장치는 속도 및 메모리를 증가시키고 작동 주파수 및 전력을 증가시키며 소음을 감소시킴으로써 성능을 향상시킬 수 있다. 우주 공간의 전리 방사선(ionizing radiation)은 전자 장치에 악영향을 미친다. 예를 들어, 수명을 단축시키거나 갑작스러운 고장 또는 오작동을 발생시킨다. 우주에서 발생하는 전리 방사선에 대한 수학적 모델링을 할 수 있다면 마이크로전자장치 및 나노전자장치의 개발에 드는 시간 및 비용을 줄 수 있다. 그러나 전리 방사선 효과에 대한 분석은 복잡하고 비선형적이기 때문에 매우 어렵다. 기존의 반도체의 경우에 전하 캐리어(전자와 정공)의 움직임은 확산-표류(diffusion-drift)로 설명할 수 있다. 이 시스템은 국지적으로 평형 상태에 있으며 고전적인 통계 물리학 및 열역학의 관점으로 설명이 가능하다. 반대로 마이크론 이하의 반도체 장치의 입자 수송은 준탄도(quasiballistic) 형태로 설명할 수 있다. 이런 움직임은 대부분 방향성을 가지고 있고, 전기장 속에서 입자 속도의 증가는 산란에 의해서 중단된다. 이 시스템은 비평형 상태이고, 열역학적인 파라미터가 분명하지 않다. 전하 운반체에 대한 기존 모델은 반세기 전의 국부적인 평형 확산-표류 또는 준-유체역학 근사법을 기반으로 만들어졌다. 그러나 현대 반도체의 활성 영역 크기가 20 ~ 50 nm로 감소됨에 따라서 기존의 방법은 사용하지 못한다. 마이크론 이하의 구조에 대한 우주에서 온 전리 방사선의 영향 분석은 방사선과 입자의 상호작용의 확률적 특성, 이온화의 이질성, 결함 형성을 고려해야 한다. 결과적으로, 기존의 모델은 적용할 수 없다. 따라서 마이크론 이하의 구조의 경우에, 방사선 파괴에 대한 확률적인 모델이 필요하다. 그래서 이번 연구진은 국부적인 비-평형 근사법을 이용한 확산-표류 모델을 개발했다. 국부적인 비평형 모델은 마이크로전자장치와 나노전자장치의 고장 및 오작동 가능성을 평가하는데 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 향후에는 캐리어 이동을 분석한 국부적인 비평형 모델이 개발되어야 할 것이다. 이 연구결과는 저널 Semiconductors에 “Application of the Locally Nonequilibrium Diffusion-Drift Cattaneo–Vernotte Model to the Calculation of Photocurrent Relaxation in Diode Structures under Subpicosecond Pulses of Ionizing Radiation” 라는 제목으로 게재되었다.