원자력(硏)
8인치 고품질 NTD 반도체 생산 기술 개발

하이브리드 자동차, 고속 전철, 풍력 및 태양광 발전소 등에 사용되는 대용량 고품질 실리콘 반도체를 세계에서 가장 큰 지름 8인치까지 생산할 수 있는 기술을 국내에서 개발해 양산 체제를 구축했다.
한국원자력연구원 하나로운영부 박상준 책임연구원팀은 ‘중성자 핵변환 도핑(NTD : Neutron Transmutation Doping)’기술을 이용, 연구용 원자로 하나로에서 지름 8인치의 실리콘 단결정(Ingot)에 중성자를 조사해서 고품질 실리콘 반도체를 생산할 수 있는 기술 및 장치 개발을 완료하고 양산체제를 가동하기 시작했다. 8인치 NTD 반도체 생산 기술 확보는 독일 호주에 이어 3번째로, 최근 빠르게 형성되고 있는 이 분야 세계 시장을 선점하고 관련 산업 발전에 기여할 수 있게 됐다.
중성자 핵변환 도핑(NTD)은 부도체인 고순도의 실리콘(Si) 단결정에 중성자를 쪼여 실리콘 원자핵 중 극미량을 인(P)으로 핵변환시킴으로써 n-형 반도체로 변환시키는 기술이다. 이렇게 만들어진 반도체는 실리콘에 인을 직접 확산시키는 일반적인 화학공정보다 인의 분포를 매우 균일하게 할 수 있는 장점이 있어 고속전철, 자기부상열차, 전기자동차, 풍력발전소 설비 등의 인버터에 사용되는 대전력용 반도체 소자 제조에 이용된다.
NTD 반도체는 인(P)의 분포가 고를수록 더 높은 전압과 전류에 사용할 수 있어, 중성자 밀도가 매우 높은 연구용 원자로에서 중성자를 효과적으로 제어해서 실리콘과 중성자가 균일하게 반응하도록 하는 고도의 기술이 필요하다. 한국원자력연구원은 2년간의 연구 개발 끝에 원자로 내 위치에 따라 차이가 있는 중성자 밀도를 균일하게 유지할 수 있는 기술과 지름 8인치의 실리콘을 한번에 60㎝ 길이까지 조사시킬 수 있는 장치를 개발해서 외국 제품에 비해 품질이 뛰어나고 효율도 높은 양산 체제를 구축하는 데 성공했다.
현재 NTD 반도체의 세계 시장 규모는 연간 약 150톤, 200억 원 가량으로 한국원자력연구원은 하나로를 이용해 전 세계 NTD 반도체 수요의 약 10%를 담당하고 있다. 이번 8인치 NTD 반도체 생산기술 개발 및 양산체제 구축으로 연간 생산량을 2배 이상 증가시킬 수 있게 됐다.