우리 대학 황완식 반도체신소재전공 교수와 황진영 반도체시스템전공 교수 연구팀이 극한 온도에서 작동하는 차세대 반도체의 연구 방향을 제시했다. 산화갈륨(Ga₂O₃) 쇼트키 장벽 다이오드에 관한 이번 연구는 뷰흐엉(Thanh Huong Vo) 학생이 제1저자로 참여해 진행했다. 노르웨이 오슬로대학교 김선재 박사와 황진영 교수가 공동저자로, 황완식 교수가 교신저자로 이름을 올렸다.

  논문은 국제학술지 「Progress in Quantum Electronics」에 게재 승인돼 8월 28일 온라인으로 먼저 공개됐다. 「Progress in Quantum Electronics」는 양자전자와 광전자 분야의 연구 동향과 전망을 다루는 국제 리뷰 학술지로, 영향력지수(IF)는 10.8이다. 이는 국제 학술지 평가 기준인 JCR의 전기·전자공학 분야에서 상위 약 3.4%에 해당하는 수치다.

  연구팀이 다룬 소재는 산화갈륨으로 만든 쇼트키 장벽 다이오드다. 산화갈륨은 밴드갭(전기가 흐르기 시작하는 데 필요한 에너지의 문턱)이 큰 차세대 반도체 소재로, 높은 전압을 견뎌야 하는 전력소자와 자외선·X선 검출기에 쓰일 가능성이 주목받고 있다. 쇼트키 장벽 다이오드는 이 소재를 활용해 금속과 반도체를 맞붙여 전류의 흐름을 한 방향으로 제어하는 소자로, 전력 변환과 빛 감지에 활용된다.

  이 소재가 주목받는 배경에는 사용 환경이 있다. 항공우주 장비와 산업용 전력 시스템은 온도가 매우 높거나 급격히 오르내리는 조건에서도 전자부품이 안정적으로 작동해야 하는데, 이를 견디는 반도체 기술이 전력 손실을 줄이고 시스템의 신뢰성을 높이는 데 중요한 역할을 하기 때문이다.

  이에 연구팀은 산화갈륨 쇼트키 장벽 다이오드가 극한 온도에서 보이는 특성과 전력·광전자 분야 응용 연구를 종합적으로 분석했다. 온도에 따라 접합 특성과 누설전류, 고전압을 견디는 능력이 어떻게 달라지는지 짚고, 소자의 성능과 안정성을 높일 방법을 제시했다.

  이처럼 소재의 물리적 특성과 실제 소자의 동작을 연결해 살펴봤다는 점이 이번 연구의 의미다. 산화갈륨 반도체의 가능성과 기술적 한계를 함께 검토한 만큼, 앞으로 항공우주와 에너지 분야에 쓰일 전력소자·광검출기 연구의 참고자료가 될 것으로 보인다.

  황완식 교수는 "이번 연구를 통해 산화갈륨 반도체의 고유한 물성이 극한 환경용 광전자 소자에서 어떻게 활용될 수 있는지를 종합적으로 분석했다"며 "전력소자의 상용화를 위한 열관리와 신뢰성 문제를 해결해 나가는 한편, 차세대 항공우주와 보안 이미징 분야에 적용할 소자 기술을 고도화하는 데 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

  한편, 이번 연구는 산업통상자원부의 지원을 받아 수행됐다.

논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2026.100658