▲ 한국원자력연구원 하장호 책임연구원. 한국원자력연구원 하장호 책임연구원

한국원자력연구원 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.

원자력융합기술개발부 하장호 박사팀은 교육과학기술부 원자력연구개발사업의 일환으로 2007년부터 수행한 연구개발 결과 Cd(카드늄), Zn(아연), Te(텔레늄) 3가지 원소가 합성된 화합물 반도체 소재인 CZT(CdZnTe) 화합물을 지름 2인치의 대구경 단결정으로 성장시키는 데 성공했다.

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, 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.

특히 에너지 분해능이 높고 에너지 밴드갭(bandgap)이 커서 상온에서 별도의 냉각장치 없이도 센서로 동작이 가능, 소형화가 가능하기 때문에 Ge 반도체를 대체할 차세대 방사선 센서용 원천소재로 주목받고 있다.

CZT 화합물 반도체는 또한 현재 태양전지 소재로 광범위하게 사용되고 있는 실리콘 반도체보다 반응 효율이 2배 높아 좁은 면적에서 많은 전력을 생산할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

현재 세계 시장의 70 %를 독점하고 있는 미국 eV products 사 등 소수 회사들이 CZT 단결정을 공급하고 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 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.