한국광기술원 영상정보연구본부가 초크랄스키(Czochralski) 단결정 성장 기술을 활용해 1,600℃ 이상의 고온 환경에서 직경 6인치 크기의 대구경 LiTaO₃ 단결정 잉곳을 성장시키는 기술을 확보했다.

미래 수요 확대가 예상되지만 대부분 수입에 의존했던 상황에서 무선통신 스마트기기 핵심 소재·부품 분야 경쟁력 강화가 이뤄질 것으로 기대된다.

30일 한국광기술원에 따르면 잉곳 성장은 고순도 실리콘을 녹여서 크고 규칙적인 형태로 굳히는 과정을 의미한다.

LiTaO₃ 단결정은 우수한 음향·전기광학, 초전, 강유전, 압전 특성을 갖춰 표면탄성파(SAW) 필터의 핵심 소재로 널리 사용된다.

SAW 필터는 스마트폰 등 모바일 통신기기 내 특정 주파수만을 걸러내는 필터다. 스마트폰 1대당 약 30개 이상이 탑재되는 필수 부품으로 손꼽힌다.

무선 이동통신 네트워크 기술이 고도화됨에 따라 모바일 기기당 요구되는 SAW 필터의 수량이 증가하고 있어, 미래 LiTaO₃ 단결정 소재 수요는 더욱 확대될 전망이다.

이에 따라 일본 Shin-Etsu, Sumitomo, NGK, 독일 Nano Quartz Wafer, 중국 CETE 등 해외 선진 기업들은 기존 4인치 기판을 넘어 6인치 기판 개발을 통해 생산성과 수익성 향상을 적극 추진중이다.

반면 국내에서는 2000년대 초반 이후 LiTaO₃ 단결정 성장 기술 개발이 사실상 중단된 상황이다. 한국은 전 세계 LiTaO₃ 단결정 기판 소비량의 약 10%를 차지하고 있으나 전량 해외 수입에 의존하고 있는 실정이었다.

한국광기술원 영상정보연구본부는 2022년 과학기술정보통신부로부터 국가핵심기술연구단 ‘고주파필터용 단결정 소재 연구단으로 지정받아 LiTaO₃ 단결정 성장 및 실리콘 웨이퍼와의 이종 접합 기술 개발을 추진해왔다.

2023년 직경 4인치 LiTaO₃ 단결정 성장에 성공한 데 이어, 이번에 6인치 대구경 단결정 성장까지 단기간 내 성과를 달성했다.

김선훈 본부장은 “직경 6인치 크기의 LiTaO₃ 단결정은 해외 선진 기업들도 아직 개발 및 도입 준비 단계에 머물러 있다”며 “이번 기술 확보를 계기로 무선 이동통신 스마트기기의 핵심 소재부품 분야에서 국내 기술경쟁력과 국산화율을 끌어올림과 동시에 양자 분야 등으로 응용 범위를 확대해 나가겠다”고 강조했다. 홍승현 기자