한국광기술원(원장 신용진)은 무선 이동통신 고주파 필터용 6인치 리튬탄탈레이트(LiTaO₃) 단결정 잉곳 성장을 국내 최초로 성공했다고 30일 밝혔다. 잉곳 성장은 고순도 실리콘을 녹여서 크고 규칙적인 형태로 굳히는 과정을 말한다.
영상정보연구본부(본부장 김선훈)는 초크랄스키(Czochralski) 단결정 성장 기술을 활용해 1600℃ 이상의 고온 환경에서 직경 6인치 크기의 대구경 LiTaO₃ 단결정 잉곳을 성장시키는 기술을 확보했다
LiTaO₃ 단결정은 우수한 음향·전기광학, 초전, 강유전, 압전 특성을 갖춰 표면탄성파(SAW) 필터 표면탄성파 필터의 핵심 소재로 널리 사용한다. SAW 필터는 LiTaO₃와 같은 압전 기판 위로 전달되는 표면탄성파를 사용해 특정 주파수 대역의 전기 신호를 걸러 내는 필터다. 스마트폰과 같은 모바일 통신기기 내에서 특정 주파수만을 걸러내는 필터로 스마트폰 1대당 약 30개 이상 탑재되는 필수 부품이다.
무선 이동통신 네트워크 기술이 고도화됨에 따라 모바일 기기당 요구되는 SAW 필터의 수량이 증가해 미래 LiTaO₃ 단결정 소재 수요는 더욱 확대될 전망이다.
일본 신에츠화학, 스미토모, NGK, 독일 나노 쿼츠 웨이퍼, 중국 CETE 등 해외 선진 기업들은 기존 4인치 기판을 넘어 6인치 기판 개발을 통해 생산성과 수익성 향상을 적극 추진하고 있다. 반면 국내에서는 2000년대 초반 이후 LiTaO₃ 단결정 성장 기술 개발은 사실상 중단했다. 우리나라는 전 세계 LiTaO₃ 단결정 기판 소비량의 약 10%를 차지하고 있으나 전량 해외 수입에 의존하고 있는 실정이다.
영상정보연구본부 연구팀은 2022년 과학기술정보통신부로부터 국가핵심기술연구단 '고주파필터용 단결정 소재 연구단'으로 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 말했다.
광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
