반도체 기업 비투지가 의료기기용 엑스레이 성능을 대폭 개선하는 기술을 확보했다. 질화갈륨(GaN) 반도체를 활용한 성과로, 컴퓨터단층촬영(CT) 등 엑스레이 기기의 초고해상도 영상 구현이 가능해졌다. 비투지는 해당 GaN 반도체를 내년 본격 양산할 계획이다.
비투지는 최근 일본 응용물리학회 춘계학술강연회 및 과학기술포럼에서 독자 개발한 'GaN PN 접합 다이오드' 시제품이 최대 2400의 신호 대비 잡음비(SNR)를 구현했다고 밝혔다. 현재 상용화된 CT 등 의료기기의 엑스레이 검출기 소재인 카드뮴텔루라이드(CdTe)가 10 수준인데, 200배 개선된 결과를 냈다. 높은 SNR는 더 명확한 이미지를 구현할 수 있다는 걸 의미한다.
최근 CT 등 의료장비에는 신체를 통과하는 빛 입자를 하나씩 파악하는 '광자계수법(포톤카운팅)'을 적용하는 추세다. 신체 부위마다 정보를 정확하게 파악할 수 있는 고품질 이미지를 얻기 위해서다. 현재 독일 의료기기 회사가 카드뮴텔루라이드 기반 광자계수법 검출 장비를 상용화했다.
비투지는 보다 안전하고 뛰어난 성능의 검출기용 반도체 소재로 GaN을 낙점했다. 카드뮴이 중금속인 만큼 활용 범위에 제한을 받기 때문이다. 이번 결과값도 GaN 특성에 기인한 것이라고 회사측은 강조했다.
이현재 비투지 전력반도체 중앙연구소장은 “GaN은 에너지 영역(밴드갭)이 넓고 암전류가 낮게 억제돼 미세한 엑스선 신호도 잡음 없이 선명하게 검출할 수 있다”며 “또 카드뮴텔루라이드 대비 안전성과 내구성이 좋고, 대구경 웨이퍼를 통한 반도체 공정 적용이 용이해 양산 측면에서 우위에 있다”고 설명했다.
단순 GaN 소재 활용을 넘어, GaN 위에 GaN을 올려 수직으로 전류를 흐르게 하는 '수직형 GaN 반도체' 구조로 성능을 고도화했다. 반도체가 견딜 수 있는 전압과 전류 밀도를 개선, 고출력 성능을 구현할 뿐 만 아니라 반도체 칩 크기도 줄였다.
비투지는 내년 본격적인 검출기용 GaN 반도체를 양산할 계획이다. 이를 위해 2027년 하반기 완공을 목표로 부산 기장에 대규모 GaN 반도체 생산라인을 조성하고 있다. 우선 4인치 웨이퍼 기반으로 수직형 GaN 반도체를 생산할 방침이다. 의료기기 외 항공 보안 검색, 반도체 인라인 검사, 전력 반도체 등 다양한 분야에 확대 적용할 수 있도록 시장 저변을 확대할 계획이다.
신정훈 비투지 대표는 “세계 최고의 석학들과의 협력을 통해 GaN 기반 의료용 반도체 국산화를 이뤄내고, 나아가 글로벌 의료기기 시장의 패러다임을 바꾸는 게임 체인저가 될 것”이라고 밝혔다.
권동준 기자 djkwon@etnews.com
