단일 이벤트 효과와 반도체 소프트 오류의 평가

정성수 , 기중식 , 신훈규 , 이남석 지음

다윈의서재 2025년 09월 30일 출간

작품소개

책소개

반도체의 신뢰성을 위협하는 가장 중요한 요인 중 하나, 단일 이벤트 효과(SEE, Single Event Effect).
본서는 소프트 오류(Soft Error)의 발생 원인부터 방사선 환경, 반도체와 입자의 상호작용, 평가 및 분석 방법, 그리고 국제 표준에 따른 최신 시험 기법까지 전 과정을 체계적으로 정리한 국내 최초의 전문 교재입니다. 항공·우주, 군수, 자율주행, 인공지능 데이터 센터 등 고신뢰성이 필수적인 산업 분야에서 반드시 참고해야 할 실전 가이드로, 연구자와 엔지니어뿐 아니라 기술 관리·마케팅 종사자에게도 필독서가 될 것입니다.

목차

CONTENTS
그림 · 14
표 · 16
공식 · 17
이 책의 개요 · 19
이 책의 구성 · 21
제1장. 방사선의 유래와 방사선이 반도체에 미치는 영향
1. 단원 개관 · 27
2. 소프트 오류는 무엇인가? · 28
a. 소프트 오류란? · 28
b. 오류와 소프트 오류 · 28
c. 소프트 오류의 원인 · 29
d. 소프트 오류와 관련된 용어들 · 30
e. 방사선 입자에 의한 고정 오류 · 30
3. 방사선 입자와 단일 이벤트 효과 · 31
a. 대기 중성자와 단일 이벤트 효과 · 31
b. 우주 방사선 · 32
c. 은하계 우주선 · 33
d. 우주 및 대기 방사선 환경 · 33
e. 태양 에너지 입자 · 34
f. 지구의 자기장과 방사선대의 관계 · 37
g. 밴 앨런대 · 38
h. 남대서양 이상 현상 · 39
4. 대기 중성자의 생성 · 41
a. 양성자 캐스터이드와 중성자 생성 · 41
b. 습도 및 건물에 의한 영향 · 45
c. 대기 중성자의 선속 변화 · 45
5. 대단원 정리 · 46
6. 대단원 평가 · 49
제2장. 대기 중성자에 의한 소프트 오류
1. 단원 개관 · 53
2. 소프트 오류의 역사 · 53
a. 용어 등장 및 사용 · 53
b. 소프트 오류와 단일 이벤트 효과 · 54
3. 단일 이벤트 효과와 업셋의 발생 · 55
a. 양자 역학의 발전과 입자의 발견 · 55
b. 원자의 구조와 입자의 종류 · 56
c. 반도체 소자에 이르는 우주선 입자의 여정 · 59
d. 입자들에 의한 반도체 소자들의 반응 · 60
e. 고에너지 중성자의 반응 · 62
f. 이온화 현상 · 63
4. 단일 이벤트 효과의 유형과 정의 · 63
a. 이온화 현상에 의한 소프트 오류 · 63
b. 단일 이벤트 효과의 종류 · 64
c. 단일 사건 효과의 오류별 체계도 · 70
d. 이온화에 의한 영향: 점진적 효과 · 71
e. 단일 이벤트 효과의 반응별 분류 체계도(Taxonomy) · 72
f. 본질적 결함 및 외부적 결함과 신뢰성 · 73
5. 소프트 오류에 의한 참사 · 75
a. 에어버스 A330-303(콴타스 72편) 사고 · 75
b. 자동차 급발진 · 76
6. 반도체 미세화와 소프트 오류 · 78
a. 반도체 미세화 효과 · 78
b. 항공 및 우주 비행선 산업의 성장 · 78
c. 기능 안전과 4차 산업혁명 · 78
7. 대단원 정리 · 79
8. 대단원 평가 · 81
제3장. 반도체와 방사선 입자의 반응
1. 단원 개관 · 85
2. 입자와 물질의 반응 · 85
a. 방사선 물질의 상호 작용 · 85
b. 에너지 단면(Cross-Section) · 86
c. 단일 이벤트 업셋과 소프트 오류 단면 · 87
d. 소프트 오류율 · 88
3. 이온과 이온화 에너지 전이 · 89
a. 이온과 이온화 현상 · 89
b. 선형 에너지 전이 · 90
c. 하전된 입자의 에너지 전이 · 91
d. 반도체 소자의 밴드갭 · 92
e. 반도체 소자의 전자-정공 쌍 생성 및 재결합 · 93
f. 선형 에너지 전이의 입자에 따른 특성 · 94
g. 에너지 전이와 전하 캐리어의 수집 과정 · 95
h. 탄력성 반응과 비탄력성 반응 · 98
4. 하전 입자 이온화와 입자 비정의 물리적 기초 · 99
a. 하전 입자의 물질과의 반응 · 99
b. 에너지 전이 메커니즘의 해석 · 100
c. 중하전 입자의 에너지 전이 · 102
d. 선형 에너지 전이를 이용한 소프트 오류율 시뮬레이션 · 102
e. 방사선에 의한 반도체의 다양한 현상들 · 104
5. 방사선 입자의 특성 · 106
a. 하전 입자의 종류와 특성 · 106
b. 중성자의 특성 · 107
c. 중성자와 원자핵과의 반응 · 109
d. 광자의 특성 · 110
e. 방사선 에너지 전이의 비교 · 111
f. 산란에 의한 에너지 전이의 특성 · 113
g. 총 이온화 선량 효과의 에너지 전이 특성 · 113
h. 입자와 에너지 전이의 비교 · 114
i. 선형 에너지 전이와 총 이온화 선량 효과의 비교 · 115
j. 감마선과 총 이온화 선량 효과 유무 관계도 · 116
k. 입자와 가속 평가를 위한 에너지 대역 · 116
l. 각 이온별 평가 결과의 호환성 · 117
6. 단일 이벤트 업셋과 반도체 소자 · 118
7. 대단원 정리 · 120
8. 대단원 평가 · 121
제4장. 소프트 오류의 평가 방법
1. 단원 개관 · 127
2. 반도체와 단일 이벤트 효과 · 128
a. 고정 오류와 소프트 오류의 차이 · 128
b. 총 이온화 선량 효과 · 129
c. 소자 유형별 단일 이벤트 효과와 영향 · 129
3. 소프트 오류 평가의 목적 · 130
a. 실제 운용 환경의 모사 · 130
b. 소프트 오류 평가와 오류율 · 133
c. 평균 고장 시 간격 예측 · 134
d. 가속 평가를 위한 가속기의 기원 · 135
e. 소프트 오류 경화 및 내성 기술 개발 · 136
f. 오류 검출 및 수정 기술 개발 · 138
4. 단일 이벤트 업셋 평가 방법 · 139
a. 가속 평가 정확도의 필요성 · 139
b. 가속 평가의 방법 · 140
c. 실시간 소프트 오류 평가 · 141
5. 대기 방사선 평가 항목 · 142
a. 가속 중성자 평가 · 142
b. 가속 열 중성자 평가 · 142
c. 가속 알파 입자 평가 · 143
6. 우주 방사선 평가 항목 · 144
a. 양성자 및 중이온 가속 평가 · 144
b. 감마선 총 이온화 선량 효과 평가 · 145
7. 대단원 정리 · 146
8. 대단원 평가 · 148
제5장. 평가 장비와 평가 자료 분석
1. 단원 개관 · 153
2. 범용 방사선 가속 평가 장비의 특성 · 154
a. 평가 하드웨어 · 154
b. 시스템 운용 소프트웨어 · 156
c. 평가 알고리즘 · 159
d. 메모리 평가 알고리즘 · 159
e. 평가 운용 프로그램 · 162
f. 평가 알고리즘과 운용 프로그램의 조합 · 163
g. 표준 시료와 선량계 · 165
h. 정확성, 정밀성 그리고 재현성 · 166
i. 선량과 선속 · 168
3. 소프트 오류 단면과 소프트 오류율 · 168
a. 결함과 오류와 고장의 관계 · 168
b. 소프트 오류율 · 170
4. 평가 자료 분석 · 171
a. 소프트 오류 단면 및 평가 자료 분석 · 171
b. 전압, 온도, 롯트별 의존도 · 173
c. 빔의 시간별, 위치별 비균일성 · 173
d. 단일 및 다수 오류 · 174
e. 오류 선량 및 오류 시간 분석 · 174
f. 평가 자료 분석 · 175
g. SEFI, SEL, SEBO 그리고 SEGR의 분석 · 176
h. 신뢰 수준 분석 · 177
5. 소프트 오류와 반도체 기능과의 관계와 추세 · 178
a. 추세의 상관 관계 · 178
b. 회로 유형에 대한 SEE의 적용 가능성 · 179
6. 대단원 정리 · 180
7. 대단원 평가 · 181
제6장. 평가와 분석의 모범 사례
1. 단원 개관 · 185
2. 평가와 분석의 모범 사례 · 185
a. 빔 종류와 빔 설비 간 보정 · 186
b. 빔 프로파일 보정 · 188
c. 선량 분포와 평가 거리의 보정 · 189
d. 표준 시료를 이용한 선량 보정 · 190
e. 오류 개수와 단일 이벤트 개수의 분류 · 190
f. 활성 시간과 비활성 시간의 계산 · 192
g. 단위 면적과 소자 면적에 따른 보정 · 192
h. 이벤트 발생 시간, 이벤트 간 시간 그리고 이벤트 위치의 분석 · 194
3. 대단원 정리 · 197
4. 대단원 평가 · 198
단원별 요약 · 201
1. 제1장: 단일 이벤트 효과와 소프트 오류의 평가 · 202
2. 제2장: 대기 중성자에 의한 소프트 오류 · 204
3. 제3장: 반도체와 방사선 입자의 반응 · 206
4. 제4장: 소프트 오류의 평가 방법 · 208
5. 제5장: 평가 장비와 평가 자료 분석 · 210
6. 제6장: 평가와 분석의 모범 사례 · 212
대단원 평가 정답 및 해설 · 215
1. 단일 이벤트 효과와 소프트 오류의 평가 · 216
2. 대기 중성자에 의한 소프트 오류 · 218
3. 반도체와 방사선 입자의 반응 · 220
4. 소프트 오류의 평가 방법 · 222
5. 평가 장비와 평가 자료 분석 · 224
6. 평가와 분석의 모범 사례 · 226
자료 출처 · 230
A. 참고 서적 · 230
B. 웹사이트 · 230
1. 소프트 오류 관련 위키 · 230
2. 우주 기상(Space Weather) · 230
3. NASA Electronic Parts and Packaging Program – 홈페이지 · 231
4. NASA Electronic Parts and Packaging Program – 자료실 · 231
5. EAS The European Space Agency – 홈페이지 · 231
C. 단일 이벤트 현상에 대한 학회 및 컨퍼런스 · 231
1. ASSIC – Advanced Semiconductor Safety Innovation Conference · 231
2. IEEE Nuclear & Space Radiation Effects Conference · 231
3. The RADiation and its Effects on Components and Systems Conference
(RADECS) · 231
4. IEEE - IRPS - International Reliability Physics Symposium · 231
D. 평가 표준 · 231
1. JEDEC 표준 · 231
2. AEC 표준 · 232
3. 미국 표준 · 232
4. 유럽 연방 표준 · 232
색인 · 233

책 속으로

“반도체의 신뢰성 중 단일 이벤트 효과에 의한 분석은 가장 어려운 분야이다.
그러나 더 나은 평가와 분석 기술은 단일 이벤트 효과를 줄이고 더 나아가 극복하는 기반이 된다.” (p. 20)

“고에너지 중성자의 선속은 비행기의 순항 고도에서 최고점에 이르며, 이는 항공 전자 기기에 심각한 위협을 미친다.” (p. 27)

출판사 서평

SEE(단일 이벤트 효과)와 소프트 오류를 본격적으로 다룬 국내 유일 전문 교재
본서는 물리학적 배경부터 소자의 반응, 평가 장비, 시험 방법론까지 전 단계를 망라하여, 국내에서 보기 힘든 단일 이벤트 효과·소프트 오류 전용 교재로 기획되었다. 기존의 일반적인 반도체 신뢰성 서적과 달리, 이 책은 SEE를 핵심 주제로 삼아 연구와 실무를 아우르는 사실상 표준 교재로 자리매김한다.

항공·우주·군수·자율주행·데이터센터 엔지니어를 위한 실전 매뉴얼
SEE와 소프트 오류는 고신뢰성이 필수적인 산업에서 치명적 리스크로 작용한다. 본서는 최신 국제 표준(JEDEC, AEC, NASA 등)에 맞춘 평가 방법을 제시하여, 현업 엔지니어가 즉시 적용할 수 있는 실무 지침서로 활용 가능하다.

연구자부터 관리자까지 폭넓은 독자층을 위한 필독서
단일 이벤트 효과는 단순히 연구자의 문제를 넘어, 기술 관리와 품질 기획 분야에도 중요한 의미를 갖는다. 본서는 연구자와 엔지니어는 물론, 관련 기술 관리·기획 담당자에게도 참고할 만한 실용적 교재로 구성되었다.

인물정보

저자(글) 정성수

미국 플로리다 공대에서 테스트 용이화 설계(DFT)를 전공한 후, 단일 이벤트 효과(SEE) 분야에서 25년여 동안 소프트오류 가속 평가, 자료 분석과 완화 기술 개발에 참여하였다. 제1차 해외인재 유치사업을 통해 한양대학교 연구교수로 국내 복귀하여 현재는 큐알티(주) CTO로 근무하면서 SEE 평가 시스템 개발을 주도하고 JEDEC 표준 멤버와 ASSIC 컨퍼런스를 통한 기술 저변 확대 및 인재 양성에 힘쓰고 있다.
- Apple Computer
- Cisco Systems, Director
- SynTest Technology, VP
- Eigenix Inc. CEO
- 한양대학교 연구교수
- 큐알티 주식회사 CTO

저자(글) 기중식

- 서울대학교 전자공학과 학사·석사·박사
- SK하이닉스(주) DRAM 개발사업·설계사업부 본부장
- SK경영경제연구소 전자산업연구실장
- 서울시립대학교 산학협력교수
- 큐알티 주식회사 전문연구위원(現)

저자(글) 신훈규

- 동아대학교 전기재료및물성전공 공학박사
- 포스텍 나노융합기술원·반도체공학과 교수
- 포스텍 나노융합기술원·나노융합연구소장(現)
- 포스텍-프라운호퍼IISB실용화연구센터장(現)
- ISO TC 201 SC9 Secretary(現)
- (주) 네이처플라워세미컨덕터 대표이사(現)

저자(글) 이남석

- 동아대학교 센서 및 재료공학전공 공학박사
- 한양대학교 화학과 연구교수
- 포항공과대학교 나노융합기술원 연구교수(現)
- 나노하이브리드소재연구센터장(現)