국내 연구진이 첨단 방사성 영상장치와 우주망원경, 차세대 태양전지, 방사성 센서 등의 소재로 각광받는 카드늄아연텔레늄(CZT:CdZnTe) 화합물의 대구경 단결정 성장에 성공했다.
교육과학기술부는 한국원자력연구원 하장호 박사팀이 방사성 센서 소재로 널리 사용되는 CZT 대구경 단결정을 성장시키는 데 성공했다고 11일 밝혔다.
하 박사팀은 지난 2007년부터 연구에 착수, Cd(카드늄), Zn(아연), Te(텔레늄) 3가지 원소가 합성된 화합물 반도체 소재인 CZT(CdZnTe)를 지름 2인치의 원통형 단결정으로 성장시켰다.
CZT 화합물을 지름 1인치 이상의 대구경 단결정으로 성장시킨 것은 프랑스, 미국, 영국, 캐나다, 이스라엘에 이어 세계 6번째다.
CZT 화합물 반도체는 우주 망원경의 감마선 감지 센서, 양전자방출단층촬영기(PET), 단일광자방출단층촬영기(SPECT) 등 핵의료 영상장치용 3차원 영상 방사선 센서, 소형 핵물질 및 동위원소 분석기 감마선 감지 센서, 차세대 태양전지 소재 등 활용성이 뛰어난 차세대 소재이다.
CZT 화합물 반도체는 상온에서 별도의 냉각장치 없이도 센서로 동작이 가능하여 소형화가 가능하기 때문에 게르마늄(Ge) 반도체를 대체할 차세대 방사선 센서용 원천소재로 주목받고 있다. 특히 현재 태양전지 소재로 광범위하게 사용되고 있는 실리콘(Si) 반도체보다 전력 생산 효율이 2배 높아 차세대 태양전지 소재로도 각광을 받고 있다.
방사선 센서 세계 시장 규모는 연간 11억달러로 매년 10% 이상 성장하고 있고, 그 중에서도 CZT 센서 시장은 2006년 현재 3000만달러로 평균보다 빠르게 성장하고 있다.
현재 세계시장의 70%를 독점하고 있는 미국 eV products사 등 소수 회사들이 CZT 단결정을 공급 중이며 이를 활용한 CZT 기반 첨단 핵 의료 영상장치들이 개발되고 있다. 특히 미국이 테러와의 전쟁 이후 CZT 단결정을 전략물자로 분류한 데다 관련 기업들이 부가가치가 높은 방사선 센서를 완제품 형태로만 공급하고 있어 단결정 기술이 없는 국가들은 소재 확보에 어려움을 겪고 있는 실정이다.
하장호 박사는 “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 추진할 계획”이라고 밝혔다.
유형준기자 hjyoo@etnews.co.kr