單結晶 九里 薄膜으로 回로 所在 革新 CIT
30年 넘게 金屬 結晶 硏究 정세영 釜山大 敎授와 協業
九里 原子 가지런히 整列해 傳導率 卓越한 薄膜 製作
原子 1個 두께 薄膜을 어떤 素材에도 붙이는 ASE 技術
5G-6G 通信機器 쓰이는 연성동朴積層필름 市場 노려
政丞 CIT 代表가 지난달 23日 서울 鍾路區 동아미디어센터에서 5世代(5G) 通信用 九里 필름 素材로 만든 性能 테스트用
안테나를 선보였다. 高周波 信號 損失이 거의 없어 6G 通信用 素材로도 쓸 수 있다. 이한결 記者 always@donga.com
釜山 금정구 釜山大 안에 있는 스타트업 CIT(政丞 代表理事)는 九里 薄膜을 만든다. 自然 狀態 구리를 物理的으로 加工하는 것이 아니라 單結晶(單結晶·single crystal) 形態 구리로 만든 뒤 이를 利用해 薄膜을 만든다. 單結晶 구리는 구리 原子들이 하나의 흐트러짐도 없이 整列되도록 만든 ‘人工的인’ 구리다. 自然産 구리는 原子 配列 形態가 뒤죽박죽인 多結晶(多結晶·polycrystal) 구리다. 原子들 連結이 끊긴 곳이 많고 비스듬히 連結된 곳도 많다. 이런 構造에서는 電氣가 相對的으로 더디게 흐르지만 人類는 그런 九里에 익숙해 있다. 하지만 尖端 素材가 늘어나면서 單結晶 구리가 注目받고 있다.
透明板 위에 ASE 技術로 單結晶 九里 薄膜을 입힌 試製品들. 뒤 글字가 보일 만큼 얇게 입힐 수 있다. 맨 왼쪽 薄膜 두께는
5nm(나노미터·1nm는 10億分의 1m). 九里 原子 1個 두께(0.2nm) 薄膜度 만들 수 있다. 이한결 記者
always@donga.com
지난달 23日 서울 鍾路區 동아미디어센터에서 만난 政丞 代表(46)는 “單結晶 구리는 最高級 産業 材料이기도 한 金보다 電氣 傳導性이 40% 程度 좋고 綠이 瑟地圖 않는다”고 했다. CIT는 이런 單結晶 구리를 數十∼數百 nm(나노미터·1nm는 10億分의 1m) 두께 薄膜으로 만들며 이를 應用해 5世代(5G) 通信의 高周波(28GHz) 信號를 거의 損失 없이 電送될 수 있도록 해준다.
CIT가 九里 薄膜을 絶緣體에 蒸着시켜 만든 연성동朴積層필름(FCCL)은 高周波 通信 機器 主要 部品인 軟性印刷回路基板(FPCB)의 核心 素材다. 정 代表는 “빠른 데이터 通信이 必要한 擴張現實(XR)과 自律走行, 스마트 팩토리 市場을 보고 通信 基板用 필름 素材를 먼저 開發했다”며 “電氣 傳導性이 卓越하고 綠이 슬지 않는 구리를 活用할 수 있는 分野는 無窮無盡하다”고 했다.
●‘네이처’ 論文 揭載 정세영 敎授와 共同 創業
單結晶 九里 ASE 技術을 開發한 정세영 釜山大 敎授. CIT 共同 創業者이자 技術開發責任者(CTO)다. CIT 提供
CIT는 實際로 九里 原子 1個 두께(藥 0.2nm)로도 薄膜을 만들 수 있을 程度로 높은 水準의 技術力을 가지고 있다. 정세영 釜山大 狂메카트로닉스工學科 敎授가 開發한 技術이다. 정 代表와 鄭 敎授가 CIT를 共同 創業했다. 金屬 決定을 30餘 年間 硏究한 鄭 敎授는 單結晶 九里 製造 技術과 이 單結晶 구리를 利用해 單結晶 薄膜을 製造하는 技術을 開發했다. 2022年에는 平平한 單結晶 九里 表面에는 酸素가 結合하기 힘들어 綠이 슬지 않는 現象을 糾明한 論文을 世界的인 科學 저널 ‘네이처’에 揭載하기도 했다.
單結晶 구리는 自然産 구리를 眞空 狀態에서 녹인 뒤 決定을 人工的으로 키워 만든다. 攝氏 1200∼1300度에서 0.1度 單位로 溫度를 制御하는 技術은 만만치 않다. 結晶이 成長하는 동안 決定을 키우는 軸의 回轉 速度나 方向 制御도 重要하다. 結晶成長은 조그만 振動에도 큰 影響을 받기에 振動도 제대로 制御할 수 있어야 한다.
구리를 單結晶 薄膜으로 만드는 技術은 原子 蒸着 結晶成長(ASE·Atomic Sputtering Epitaxy) 技術로 불린다. 아르곤 가스를 플라스마 形態로 만든 高壓室에서 單結晶 구리를 原子 單位로 分離해 願하는 絶緣體 表面에 고르게 입히는 技術이다. 이 技術을 利用하면 뒤쪽이 훤히 보일 程度로 얇게 薄膜을 만들 수 있다. 그 表面은 原子 1個 두께 程度 편차만 날 程度로 ‘完璧하게’ 扁平하다. CIT 側은 向後 10∼20年 內에는 이런 技術을 具現하는 곳이 없을 것이라고 自信한다.
鄭 敎授는 부산대에서 物理學 學士와 碩士 學位를 받고 獨逸 쾰른대에서 博士 學位를 받았다. 韓國電子通信硏究院 先任硏究員을 지내고 1991年부터 釜山大에 在職하고 있다. 여러 單結晶 金屬을 硏究者에게 提供하는 單結晶銀行硏究所長도 맡고 있다. 오디오 스피커에서 雜音을 없애주는, 單結晶 구리로 만든 오디오 라인 製造 會社를 차린 經歷도 있다.
정 代表는 러시아 모스크바 金屬合衾臺에서 金屬 專攻 博士 學位를 받았다. 실트론과 LS戰線 等에서 硏究員을 지냈다. 企業에 있을 때 鄭 敎授와 因緣이 닿아 九里 薄膜 製造를 依賴한 적이 있다. 그걸 해내는 鄭 敎授의 實力에 歎服했다. 그리고 平素 交流가 있던 鄭 敎授 硏究室을 訪問했다가 정 代表의 다양한 事業 經驗을 아는 鄭 敎授 提案으로 創業하게 됐다.
●“高周波 通信 素材로 5G 以後도 對備”
政丞 CIT 代表(왼쪽에서 두 番째)가 지난달 스페인 바르셀로나에서 열린 ‘모바일 월드 콩그레스(MWC) 2024’ 展示會에서 5G 通信 機器 信號 損失을 最少化한 單結晶 九里 필름을 說明하고 있다. CIT 提供
CIT가 노리는 市場은 5G 通信 機器에 쓰이는 FCCL이다. 九里 薄膜이 絶緣體에 붙어 있는 필름이다. 電子部品 會社들은 이 필름을 가져다가 그 위에 回路圖를 그린다. 高周波를 信號 損失이나 速度 低下 없이 電送하려면 絶緣體度 重要하다.
폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)李 그런 絶緣體로 注目을 받아 왔다. 흔히 테프론이라고 부르며 프라이팬 코팅에도 쓰이는 이 素材는 다른 物質과 接着이 힘든 게 問題였다. 다른 企業이나 硏究所에서는 구리 薄膜을 PTFE와 붙이기 위해 接着劑 等을 만들어 봤다. 하지만 接着劑 때문에 信號 損失이 커지고 速度가 低下되는 問題가 發生했다.
CIT의 ASE 技術을 利用하면 PTFE 素材에 아무런 接着體 없이 蒸着시킬 수 있다. 정 代表는 “구리 薄膜의 均一한 分布로 생기는 自然 吸着力이 PTFE 素材에도 그대로 作用하는 것”이라고 說明했다.
그는 “商用化된 FCCL 中 가장 높은 效率을 내는 日本 企業 製品(리퀴드 크리스털 폴리머)보다 더 信號를 잘 보내는 自體 테스트 結果를 얻었다”며 “5G나 6G는 勿論 그 以後 나오는 高周波 帶域 通信 技術까지 對應할 수 있다”고 했다. 國內에서 5G 通信 裝備 構築이 더딘 要因 中에 이러한 源泉 素材 技術 不足도 包含돼 있는 것으로 알려져 있다. CIT는 올해 안으로 FCCL 量産 設備를 構築할 計劃이다. 필름 두께는 後處理 工程을 考慮해 300nm 水準으로 製作할 計劃이다.
CIT는 웨어러블 電子 機器에 다양하게 쓰일 수 있는 伸縮性 基板 필름 試製品도 만들어 뒀다. 정 代表는 “구리 薄膜을 伸縮性 있는 適切한 素材에 結合시킬 수 있는 ASE 技術이 있기 때문에 다양한 形態의 基板 素材를 開發할 수 있다”고 했다. 薄膜 뒤쪽이 훤히 보일 程度 水準으로 구리 薄膜을 만들 수 있기에 最近 紹介된 透明 디스플레이에 適用할 수 있는 薄膜 필름도 開發해 뒀다.
정 代表는 “올 2月 美國 하버드 메디컬스쿨과 醫療用 센서를 共同 硏究하기로 協約을 맺었다”며 “어떤 素材에도 붙일 수 있고 電氣 傳導性이 卓越한 九里 薄膜 技術이 더 다양한 곳에 쓰일 수 있도록 하고 싶다”고 했다.
허진석 記者 jameshur@donga.com
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