한국원자력硏, 차세대 방사선 센서용 CZT 반도체 대구경 단결정 생성 성공

[1] 세계 여섯 번째로 성장에 성공한 대구경 CdZnTe 화합물 반도체 단결정 [2] CZT 단결정 괴(Ingot)를 가공해서 제작한 첨단 상온 반도체 방사선 센서 [3] 방사선 입사 위치 측정 및 에너지 스펙트럼분석을 위한 Strip형 CZT 화합물 반도체 방사선 센서 [4] 방사선 영상 획득을 위한 Pixel형 첨단 CZT 화합물 반도체 방사선 센서

국내연구진이 자체기술로 암조기진단을 위한 첨단 방사선 영상장치와 우주 망원경, 차세대 태양전지, 방사선 센서 등의 소재로 각광받고 있는 CZT 화합물의 대구경 단결정 생성에 성공했다.
한국원자력연구원 원자력융합기술개발부 하장호 박사팀은 교육과학기술부 원자력 연구개발사업의 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 여섯 번째(개발 주체 기준으로는 세계 여덟번째)다.
하장호 박사팀은 대구경 CZT 단결정 성장 기술 개발을 위해 단결정 성장로 등 고순도 화합물 단결정 성장에 필요한 장비 및 공정 기술을 개발한 뒤 2인치급 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 에너지반응을 측정하는데도 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. 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.
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 박사는 “단결정의 품질향상과 대량 생산을 위한 공정 기술을 개발해서 세계시장에 단결정을 공급할 계획”이라며 “이와 함께 단결정을 활용, 핵종 판별과 선량 측정이 가능한 차세대 방사선 계측기와 부가가치가 높은 방사선 영상 센서개발을 자체추진할 계획”이라고 밝혔다.

글_백종윤 기자 <한국원자력연구원 (042)868-2000 / www.kaeri.re.kr>