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[IT뉴스]“AI칩, 미세발열도 잡아낸다”…韓 연구진, 세계 최초 ‘열영상 현미경’ 개발

온카뱅크관리자

2025-11-27 13:57:31

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">- 전자 소자 나노 열분포 94 nm 초고해상도 포착<br>- 차세대·AI·반도체 등 전자 소자 개발 활용 기대</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="9KluvGjJ5G">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="629af57d951299116202b9adabf972eb15bd7b0f753c850cec19c856a2356039" dmcf-pid="29S7THAitY" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="주사 광학 탐침 열반사 현미경. 외부 진동·환경 영향을 최소화하고 확대 이미지로 광섬유 탐침이 시료를 스캔하는 상황를 확인할 수 있다.[KBSI 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/27/ned/20251127135650340xvbd.png" data-org-width="1280" dmcf-mid="b7O3CToMHX" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/27/ned/20251127135650340xvbd.png" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            주사 광학 탐침 열반사 현미경. 외부 진동·환경 영향을 최소화하고 확대 이미지로 광섬유 탐침이 시료를 스캔하는 상황를 확인할 수 있다.[KBSI 제공]
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="482a48ea809bdcb3c0f2d027f849312a1e7f8a5ff95bd2117b25b60b74a2a1b7" dmcf-pid="V2vzyXcn5W" dmcf-ptype="general">[헤럴드경제=구본혁 기자] 최근 AI 반도체의 초고집적·고전력 연산이 확대되면서 미세 반도체의 발열 문제는 산업·사회 전반의 주요 이슈로 떠오르고 있다. AI 칩은 연산 과정에서 순간적으로 많은 전력이 집중 소비되며 상당한 열을 발생시키는데, 이 열이 성능 저하와 오작동의 주요 원인이 된다. 특히 반도체 공정이 미세화될수록 발열 영역은 더 작고 복잡해져 기존 열영상 기술로는 문제 지점을 정확하게 파악하기 어려웠다.</p>
          <p contents-hash="382d63392b7c2a9510310c48986d23e2131470da0e1f91c0815413d49b171f86" dmcf-pid="fVTqWZkLZy" dmcf-ptype="general">한국기초과학지원연구원(KBSI) 연구장비개발부 장기수 박사 연구팀은 기존 기술로는 볼 수 없었던 동작 중인 100 nm(0.1 μm) 선폭 전자 소자의 열분포를 직접 이미징할 수 있는 신개념 열영상 현미경 시스템 ‘주사 광학 탐침 열반사 현미경(SPTRM)’ 개발에 성공했다고 27일 밝혔다.</p>
          <p contents-hash="56ddabdedf51f9260996458fdd381f8ffcf6b151d04b2c3beb2f8dbe72a5a9b9" dmcf-pid="4CxwRnzt5T" dmcf-ptype="general">연구팀이 개발한 SPTRM은 시료에 접촉하지 않는 비접촉 방식으로, 미세·취약 구조의 변형이나 손상 없이 열영상을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 또한 전기적 신호를 직접 검출하는 방식이 아닌 온도 변화에 따른 반사율 변화를 측정하는 광학 기반 기술로, 소자 동작 시 흐르는 전류나 인가전압이 측정 신호에 간섭을 일으키는 전기적 영향을 원천적으로 차단 가능하다.</p>
          <p contents-hash="140b8666f8316220d1dda53c481812970a6076247fef9c25be2ce510bbcebd9a" dmcf-pid="8hMreLqFHv" dmcf-ptype="general">기존 적외선(IR) 현미경은 광학 회절한계2)로 인해 수 μm(수천 nm)의 해상도에 머물러, 미세 반도체의 실제 발열 구조를 구분하기 어려웠다. 반면 SPTRM은 광학 회절 한계를 뛰어넘기 위해 전단력(튜닝 포크) 피드백 방식3)으로 50 nm 개구부(aperture)의 광섬유 탐침을 측정 시료 표면에 근접시켜 광섬유 개구부에서 나오는 빛의 회절을 최소화했다. 또한 시료 표면에서 반사된 빛은 같은 광섬유를 통해 수집되며, 온도에 따른 반사 신호의 변화를 분석해 초고분해능 열영상을 얻었다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="cc894d556d84ddf7e898c3e74acfb72f3dbebffc8afe64d8ce3e61809a97a437" dmcf-pid="6lRmdoB35S" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="이번 연구를 수행한 KBSI 연구진. 정문경(왼쪽부터) 선임연구원, 한일규 박사후연구원, 장기수 책임연구원.[KBSI 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/27/ned/20251127135650661rijd.png" data-org-width="925" dmcf-mid="K69gVP1yYH" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/27/ned/20251127135650661rijd.png" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            이번 연구를 수행한 KBSI 연구진. 정문경(왼쪽부터) 선임연구원, 한일규 박사후연구원, 장기수 책임연구원.[KBSI 제공]
           </figcaption>
          </figure>
          <p contents-hash="90b1298cc330a24961a1195ec6a5b457e2bbd7ab038f05abe2770e444648f39a" dmcf-pid="PSesJgb0Yl" dmcf-ptype="general">연구팀은 동일한 광섬유로 빛을 조사·수광하는 구조를 세계 최초로 적용해 정렬 오차와 신호 손실을 크게 줄였고, 그 결과 나노미터급 발열체의 실제 열분포 이미징에 성공했다. 실제 실험 결과, 동일 조건에서 적외선 카메라로는 식별할 수 없었던 선폭 100 nm 박막 발열체의 열분포를 SPTRM에서는 명확히 관찰되며 기술의 우수성을 입증했다.</p>
          <p contents-hash="1641c906ef94afbc6ab4ace93f2b1e33aba81c7e342c9424fb4f75c28081abfa" dmcf-pid="QvdOiaKpGh" dmcf-ptype="general">시료 재질에 따라 최적 파장을 선택해 높은 민감도로 측정할 수 있어 순물질 및 화합물 반도체 소자 개발에서 폭넓게 활용 가능하다. 이를 통해 AI 반도체·전력반도체·3D 적층 소자·메모리 소자 등의 미세 발열 특성을 분석하여 반도체 공정 결함과 과열 원인을 기존보다 더 빠르고 정확하게 진단할 수 있으며 궁극적으로 반도체 소자 개발 시간을 단축하는 데 기여할 것으로 기대한다. 또한 마이크로 LED, RF 소자, MEMS, 포토닉스 소자 등 미세 발열 특성을 정밀하게 제어해야 하는 다양한 전자·광전자 소자 개발에도 활용될 수 있다.</p>
          <p contents-hash="538578ccb93a1b877194240959a20190ea87f460632356bcece5021d57b66db2" dmcf-pid="xTJInN9UHC" dmcf-ptype="general">장기수 박사는 “소자에 닿지 않고 열분포를 이미징하기 때문에 안전하고 측정 신뢰도가 높다”면서 “앞으로 반도체 공정 불량 탐지, 전자기기 신뢰성 평가에 널리 쓰이길 기대한다”고 말했다.</p>
          <p contents-hash="bedac1d2a2b33f368eec6e4de7fd6c630d2644aba5b3444e480e2a5b3a99e956" dmcf-pid="yQXV50sA5I" dmcf-ptype="general">이번 연구결과는 국제학술지 ‘IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement’에 10월 31일 온라인 게재됐다.</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 헤럴드경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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