뉴 스페이스(New Space) 시대가 열리면서 항공우주용 반도체 테스트와 상용 부품(COTS) 테스트 수요가 증가하고 있다. COTS는 차량용 반도체 등 상용 부품을 우주 항공용 반도체로 사용하는 것을 뜻한다.

김기석 큐알티 전무는 지난달 30일 경기 수원시 경기경제과학진흥원에서 열린 '첨단우주반도체혁신콘퍼런스(ASSIC)2024'에서 "방사선에 의한 반도체 오류는 비행기나 우주선에 치명적인 손상을 입힐 수 있다"며 "실례로 오스트리아 항공 비행기가 방사선에 의한 오류를 일으키면서, 급강하했고 110명가량이 다치는 사고가 발생한 적이 있다"고 설명했다. 이어 김 전무는 "우주선에 탑재되는 항공우주용 반도체의 경우, 방사선 테스트뿐 아니라, 온도 변화, 압력 변화, 진동에 대한 테스트를 거쳐야 한다"고 부연했다.

항공우주용 반도체는 고궤도와 우주 환경에서 쓰이는 만큼, 양성자, 중성자, 중이온 등으로 인한 오류가 발생하고 있다. 방사선으로 대표적인 오류로는 크게 변위손상방선량(DD), 총 정리방사선량(TID), 단일사건효과(SEE) 등이 있다.

DD는 원자가 이온화되지 않으면서 원자의 격자 배열을 바꿔 부품을 영구적으로 손상시킨다. 원자 배열을 바꾸기 때문에 해당 피해는 복구가 불가능하다. TID는 전하를 띤 입자들이 전자 부품에 부딪혀 표면의 원자들을 이온화시키는 피해를 준다. 이러한 피해는 일시적인 경우가 많아 복구가 가능하다. 

SEE는 우주항공용 반도체에서 가장 빈번하게 발생하는 오류다. 업계에서는 '소프트에러'라고 지칭하기도 한다. 해당 오류는 양성자 및 중성자 등의 입자들이 전자회로와 충돌해서 발생하며, 회로가 0을 1로, 1을 0로 계산한다.

업계에서는 이러한 오류를 방지하기 위해 허메틱 실링, 라디에이션 하드한 공정을 통한 반도체 생산, 트랜지스터 확대 등을 사용하고 있다. 신뢰성이 중요한 만큼, 항공우주 환경에서의 정상 작동 유무도 중요하다. 큐알티는 트라이엄프(TRIUMF)와 랜스(LANSCE) 등 연구소와 방사선 평가 및 분석 기술을 공동 개발하고 있다. 

김 전무는 "각 가속기 시설마다 방사선의 특성이 다 다르다"며 "이를 정확하게 평가하는게 중요한데, 관련해서 장비를 개발했고 관련 논문을 NSREC에 제출하기도 했다"고 말했다. 큐알티는 올해 '표준 선량계에 의한 시설별 방사선 특성의 입체적 분석' 관련 논문을 발표했다.

이외에도 큐알티는 단일 이벤트 효과를 분석할 수 있는 '범용 단일 이벤트 효과 분석 시스템' 등을 출시했다. 큐알티는이 장비를 통해 항공 우주용 반도체부터 전력 반도체, D램, S램, 시스템온칩(SoC), 중앙처리장치(CPU) 등을 양성자, 중성자, 중이온 등으로 평가할 수 있다고 설명했다.

마지막으로, 김 전무는 "방사선 테스트 시, 동작 스트레스도 병행해야한다"며 "방사선 테스트만 진행하면 어디에서 불량이 발생했는지 정확한 판단이 어렵다"고 강조했다.

디일렉=노태민 기자 tmnoh@bestwatersport.com
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