Ⅰ. 서론 지금까지 우주로 간 전장품의 오작동 원인 중 약 30%가 우주방사선의 영향으로 알려져 있다. 우주 환경에서의 방사선은 심우주로부터의 고에너지 우 주입자(Galactic Cosmic Ray), 태양으로부터의 고에너 지 우주입자(Solar Cosmic Ray), 지구 자계에 포획된 고에너지 입자 띠(Van Allen Radiation Belts) 등으로 분 류되며, 약 85% 양성자들이 주를 이루고 있다. 또 한, 이러한 우주방사선이 지구 초기 대기권에 충돌 해 2차 우주방사선을 만들며 또다시 다른 대기권 기 체와 충돌을 일으켜 중성자, 알파, 베타, 감마 등 연 쇄적으로 2차 방사선을 발생시킨다(그림 1). 이들 우 주방사선의 에너지 입자들은 랜덤하게 전장품과 충돌하여 오작동에 영향을 끼치며 ICT(Information Communication Technology) 부품이 고집적화될수록 고준위 우주방사선 노출 영향에 대한 우려도 커지 고 있다. 고신뢰성을 요구하는 우주, 항공, 원자력, 우주방사선 환경 ICT 소자 영향 및 개발 동향 ICT Device Impacts and Development Trends on Cosmic Radiation Environment 이윤식 (Y. Yi, yyi@etri.re.kr) 나노전자원소자연구실 선임연구원 정성근 (S.K. Jeong, skjeong@mid-space.com) ㈜엠아이디 대표 황인록 (I. Hwang, inrok.hwang@sk.com) ㈜SKHynix 선행품질&분석/신뢰성팀 책임연구원 양용석 (Y.S. Yang, jullios@etri.re.kr) 나노전자원소자연구실 책임연구원/기술총괄 이명래 (M.L. Lee, mllee@etri.re.kr) 나노전자원소자연구실 책임연구원/실장 서동우 (D. Suh, dwsuh@etri.re.kr) 소재부품원천연구본부 책임연구원/본부장 ABSTRACT Cosmic radiation environments having extremely high-energy particles and photons cause severe malfunctions of electrical components in space and terrestrial regions. In this study, we revisit basic knowledge on radiation effects in ICT electrical devices, such as single event effect, total ionizing dose, and displacement damage. To avoid such soft errors and system failures, we introduce essential technical approaches from the perspectives of materials, layouts, circuits, and systems, including current research trends. By considering several techniques and Space EEE part standards, we suggest possible directions that can invoke New Space Era technology. KEYWORDS ICT전자부품, 내방사선, 방사선차폐, 우주방사선 ©2022 Author * DOI: https://doi.org/10.22648/ETRI.2022.J.370203 * 본 연구 논문은 한국전자통신연구원 연구운영지원사업의 일환으로 수행되었음[21YB2810, 저차원 나노물질을 이용한 우주환경 내방사 선 소자 및 경량 차폐 소재 개발]. 22 전자통신동향분석 제37권 제2호 2022년 4월 의료 분야에서 내방사화 기술의 부재는 우주탐사 의 임무 실패뿐만 아니라 사회 기반 시설의 오작동 으로 이어져 막대한 물적·인적 손실을 초래할 수 있 다. 따라서 ICT 소자의 우주방사선 환경의 영향을 검토하며 개발 동향을 고찰한다. Ⅱ. 우주방사선의 영향 태양 플레어, 초신성, 감마선 폭발 등 다양한 천문 사건을 통해 가속되어 방출되는 방사선은 높은 운동 에너지를 가지며(~수백 MeV), 원자의 궤도전자 또는 원자핵과 충돌하여 상호작용하게 된다. 물질과 방사 선원별 충돌 시 상호작용은 그림 2에 나타내었다. 높은 에너지 준위를 갖는 감마선 전자파는 물질 과 상호작용하여 흡수되는 경우 대부분 매질을 전 리시킨다. 하전 입자 역시 물질을 전리시키며 2차 방사선을 발생한다. 중성자선은 직접적으로 물질을 이온화시키지 않지만, 원자와 충돌하여 2차 방사선 을 발생한다. 이러한 방사선 상호작용은 발생빈도 가 비교적 높은 우주, 고고도 지구 대기 환경에서 전 자부품에 치명적인 문제를 야기할 수 있다. 1. 단위소자 방사선 영향(TID, SEE etc.) 방사선이 단위 소자에 충돌하여 발생하는 손상 메커니즘은 방사선의 종류와 에너지에 따라서 매질 이 전리되어 발생하는 이온화 영향(Ionizing Effects)과 원자와 충돌하여 발생하는 격자 변위(Lattice Displacement) 두 가지로 크게 나뉜다. 이러한 기작으로 인해 전장부품은 다양한 오작동 현상들이 발생하게 된 다. 표 1에서는 대표적인 반도체 손상 유형을 정리 하였다. 표 1의 오작동들 중 전자장비를 지속적으로 손상 시키는 TID(Total Ionizing Dose; 총이온화 선량) 효과는 방사선에 노출된 시간 동안 반도체 소자의 손상이 누적되는 현상으로, 지속적으로 반도체 소자의 성