레이저 내방사선 평가 시, 반도체 소자는 사용되는 소재 마다 레이저 파장에 따른 흡수 메커니즘이 달라집니다. 다음 표는 QRT에서 사용하는 파장에서, 반도체 소재 별로 다양한 레이저 파장에서 발생 가능한 광자 흡수 메커니즘의 차이를 정리한 것입니다
Si, GaAs, SiC, GaN 기판의 광학적 특성 비교
| Substrate | Band Gap | 1064nm~1260nm | 620nm |
|---|---|---|---|
| Si | 1.12eV | SPA/TPA | SPA |
| GaAs | 1.42eV | TPA | SPA |
| SiC | 3.23eV | MPA | TPA |
| GaN | 3.42eV | MPA | TPA |
SPA: single photon absorption, TPA: two photon absorption, MPA: multiple photon absorption
반도체 소재 중 대표적인 Si (Silicon)은 밴드갭이 상대적으로 작아, 상대적으로 긴 파장(1064nm)의 레이저를 활용한 단일 광자 흡수(SPA) 메커니즘을 통해 평가가 가능합니다.
반면, 전력 반도체 소자에 주로 사용되는 GaAs (Gallium Arsenide), SiC (Silicon Carbide), GaN (Gallium Nitride)은 밴드갭이 큰 특성을 가지고 있어, 동일한 파장으로는 SPA 기반의 평가를 수행하기 어렵습니다.
예를 들어, 630nm 파장의 레이저는 약 2eV의 광자 에너지를 가지므로, 밴드갭이 이보다 큰 소재에서는 전자가 밴드갭 위로 여기(excitation)시키기 위해서는 두 개의 광자가 동시에 흡수되는 TPA 메커니즘을 이용해야 합니다.
이번 다양한 소재에서의 레이저 평가를 수행하기 위해서, QRT에서는 630nm~1700nm의 넓은 파장 범위와 최소 200fs의 초단 펄스 폭을 구현할 수 있는 레이저 조사 장비를 보유하고 있어, 다양한 반도체 소자에 맞는 유연한 내방사선 평가가 가능합니다.
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