일본 후쿠시마 원전사고 당시, 발전소에서 사용했던 재난용 로봇 등이 제 기능을 하지 못한 채 멈춰버렸다. 방사능 사고에 대비하기 위해서는 더욱 강력한 내방사선 반도체가 필요하다는 사실을 일깨워줬다.
이를 위해 반드시 필요한 기술이 ‘극한환경 반도체 기술’이다. 극한환경은 고방사선 환경 뿐만 아니라 극저, 고온, 고방사선 등전지·전자 시스템의 부품도 견디기 힘든 환경을 말한다. 인구가 급증하고, 자원이 고갈됨에 따라 극한환경 반도체 기술은 더욱 필수적인 기술이 되고 있다. 하지만 일부 선진국들만 보유한 원천보호 기술이기 때문에 국산화를 위해서는 독자적인 기술 개발이 필수적이다.
홍익대학교 반도체신뢰성 연구실(책임교수 김형탁)이 한국연구재단의 기초연구사업의 지원으로 질화갈륨(GaN)을 활용한 극한반도체 기술 개발에 돌입했다. 지난 10년 간 Wide Bandgap(WBG), 즉 에너지 밴드갭이 큰 반도체 소자 연구를 진행해 온 연구실은 질화갈륨 반도체가 강한 전압을 견디고, 화학적 안정성도 매우 높다는 점을 발견했다.
현재 연구실이 제작한 질화갈륨 반도체 소자는 영하 200도의 극저온에서도 작동 가능하고, 우주정거장에서 10년 간 노출되는 방사선량의 100배 선량에서도 동작 특성을 유지한다. 또한 센서 소자도 250도의 고온, 고방사선 조건에서도 감도 저하가 전혀 발생하지 않았다. 극한 환경에서 동작이 가능한 반도체 부품은 발사체나 위성체 등 향후 우주, 극지, 심해 등 개발에 필수적인 각종 기기와 장비에 탑재되고, 다양한 극한 환경기술로의 이전도 가능할 것으로 전망된다.
김형탁 교수는 “극한환경 기술은 고부가가치의 첨단 제조업으로 그 가치가 높은 분야인 만큼, 기술 확보가 성공적으로 이뤄진다면 국내 반도체 제조 기술과 접목해 극한환경 산업용 전자 부품 공급체계를 마련할 수 있다”고 강조했다. 뒤이어 “미국 협력 연구진과의 교류를 통해 극한환경 반도체 기술 연구 기반을 다지고, 인재 양성에도 노력할 계획”이라고 밝혔다.
전자신문인터넷 윤나영 기자 (yny@etnews.co.kr )