국내 연구진이 자체 기술로 암 조기 진단을 위한 첨단 방사선 영상장치와 우주 망원경, 차세대 태양전지, 방사선 센서 등의 소재로 각광받고 있는 CZT 화합물의 대구경 단결정 생성에 성공했다.
이는 세계 6번째 성과로 소재 원천기술이 부족한 현실에서 고부가가치 첨단 물질인 차세대 방사선 센서 원천기술 확보에 한걸음 더 다가가게 됐다.
CZT 화합물을 지름 1인치 이상의 대구경 단결정으로 성장시킨 것은 프랑스, 미국, 영국, 캐나다, 이스라엘에 이어 세계 6번째(개발 주체 기준으로는 세계 8번째)다.
하장호 박사 팀은 대구경 CZT 단결정 성장 기술 개발을 위해 단결정 성장로 등 고순도 화합물 단결정 성장에 필요한 장비 및 공정 기술을 개발한 뒤 2인치 급 대구경 CZT 단결정 성장에 성공했다.
성장한 단결정은 웨이퍼 형태로 가공해서 다양한 물성 평가와 전기적 특성 평가를 통해 상용 외산 제품보다 우수한 단결정성을 확인했고, 방사선 센서로 제작해서 방사선 에너지 반응을 측정하는 데도 성공했다.
CZT 화합물 반도체는 우주 방사선 관측을 위한 우주 망원경의 감마선 감지 센서, PET, SPECT 등 핵의료 영상장치용 3차원 영상 방사선 센서, 소형 핵물질 및 동위원소 분석기 감마선 감지 센서, 차세대 태양전지 소재 등 활용성이 뛰어난 차세대 소재다.
현재 세계 시장의 70 %를 독점하고 있는 미국 eV products 사 등 소수 회사들이 CZT 단결정을 공급하고 있는 가운데, 이를 활용해서 CZT 기반 첨단 핵의료 영상장치들이 개발되고 있다. 또한 미국 국토안보부는 ‘더러운 폭탄’(dirty bomb) 등을 이용한 핵 테러, 방사선 테러로부터 자국민을 보호하기 위해 개당 1만 달러 이하의 휴대폰형 CZT 반도체 방사선 계측기 전 국민에게 보급할 계획을 세우고 있다.
미국이 테러와의 전쟁 이후 CZT 단결정을 전략물자로 분류한 데다 관련 기업들이 부가가치가 높은 방사선 센서 완제품 형태로만 공급하고 있어 단결정 기술이 없는 국가들은 소재 확보에 어려움을 겪고 있다.
소재 원천기술이 부족한 현실에서 자체적으로 대구경 단결정 성장 기술을 개발함에 따라, 향후 차세대 반도체 센서용 시장에 주도적으로 참여할 수 있을 것으로 기대된다.
방사선 센서 세계 시장 규모는 연간 11억 달러로 매년 10 % 이상 성장하고 있고, 그 중에서도 CZT 센서 시장은 2006년 현재 3,000만 달러로 평균보다 빠르게 성장하고 있다.
하장호 한국원자력연구원 원자력융합기술개발부 책임연구원은 “단결정의 품질 향상과 대량 생산을 위한 공정 기술을 개발해서 세계 시장에 단결정을 공급할 계획”이라며 “이와 함께 단결정을 활용, 핵종 판별과 선량 측정이 가능한 차세대 방사선 계측기와 부가가치가 높은 방사선 영상 센서 개발을 자체 추진할 계획”이라고 밝혔다. /강현준기자
