우리 연구진이 반도체 제조 공정에 쓰이는 고순도 중수소 암모니아(ND₃) 생산 기술을 국산화해 관련 산업화의 길을 열었다. 해외 시장 진출도 내다보고 있다.
한국에너지기술연구원(원장 이창근)은 윤형철 박사팀이 국내 최초로 ND₃ 생산 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
ND₃는 암모니아(NH₃)의 수소(H)를 중수소(D)로 바꾼 물질이다. 반도체 제조 공정에서 반도체 소자 내 결함을 억제해 수요가 많다. 다만 그동안 국내 생산 기술·시설이 없어 대부분을 일본·중국 등 해외 수입에 의존했다. 국산화 필요성이 꾸준히 제기된 가운데, 에너지연 연구진이 이번 성과를 이룬 것이다.
자체 개발한 루테늄 촉매를 적용, 하루 7.7㎏ 규모 생산에 성공했다. 이 촉매는 기존 합성 방식 대비 필요 압력을 5분의 1 수준으로 줄이고, 온도 조건도 개선해 99% 이상 고순도 중수소 암모니아 합성이 가능하다.
기존 루테늄 촉매에 산화바륨을 섞은 결과다. 산화바륨은 루테늄 표면 전자 밀도를 높여, 표면 질소 분자 결합력을 떨어트린다. 이로써 기존보다 월등히 낮은 온도·압력에서도 질소를 분해하고 중수소 암모니아를 생산할 수 있다.
연구진은 개발 공정을 1000시간 이상 연속 운전해 검증했고, 한국산업기술시험원 인증을 획득해 내구성·신뢰성도 모두 확보했다. 또 공정 중 반도체 성능에 영향을 미치는 불순물도 생성되지 않음을 확인했다.
연구진은 이번 기술 개발로 국내 생산 기반 확보는 물론, 향후 글로벌 특수가스 시장 진출도 가능할 것으로 내다봤다. 공정 최적화, 생산 규모 확대를 통해 반도체·디스플레이·정밀화학 산업용 동위원소 소재 시장 진출을 본격 추진할 계획이다.
연구책임자인 윤형철 박사는 “이번 성과는 국내 독자 암모니아 합성 기술을 활용해 반도체 공정 등에 활용되는 고부가가치 동위원소 소재 생산 가능성을 입증한 것”이라며 “향후 반도체·디스플레이·정밀 분석 산업에 필요한 소규모 고기능 화학소재 생산 플랫폼으로 확장할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
한편 이번 연구는 기관 기본사업과 국가과학기술연구회(NST) 글로벌 톱 '고효율·고안전 청정수소 저장·활용 전략연구단' 사업, 해양수산부 친환경 선박 전주기 혁신 기술개발 사업 지원으로 수행했다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
