“보이지 않는 원자까지 잡았다”…켄텍·삼성전기 MLCC 분석기술 개발

전자부품 성능 좌우하는 첨가제 위치 분석
원자 단위 정밀 측정으로 MLCC 신뢰성 향상
전자빔 왜곡 보정해 분석 정확도 높여
차세대 전자재료 연구 활용 가능성 기대

한국에너지공과대학교와 삼성전기가 전자부품 성능을 좌우하는 ‘원자 위치’를 정밀하게 분석하는 기술을 개발했다. 정혜진 삼성전기 연구원(왼쪽), 오상호 KENTECH 교수(오른쪽). [한국에너지공과대학교]

한국에너지공과대학교(KENTECH)와 삼성전기가 전자부품 성능을 좌우하는 ‘원자 위치’를 정밀하게 분석하는 기술을 개발했다. 스마트폰과 전기차 등에 들어가는 핵심 부품의 성능과 수명을 높일 수 있는 기반 기술이라는 평가다.

KENTECH는 오상호 교수 연구팀이 삼성전기와 공동연구를 통해 적층세라믹커패시터(MLCC) 핵심 소재 내부 첨가제가 어떤 위치에 얼마나 들어가 있는지를 원자 단위로 분석하는 기술을 개발했다고 26일 밝혔다. 이번 연구 결과는 재료 분야 국제학술지 Acta Materialia에 게재됐다. MLCC는 전기를 저장하고 안정적으로 공급하는 부품으로 스마트폰 한 대에도 수백~수천 개가 들어간다.

기존에는 전자현미경으로 원자를 관찰할 수는 있었지만, 전자빔이 특정 위치에 몰리는 현상 때문에 실제보다 첨가제가 더 많이 들어간 것처럼 보이는 한계가 있었다. 연구팀은 실험과 컴퓨터 시뮬레이션을 결합해 이런 왜곡을 보정하는 기술을 개발했고, 이를 통해 첨가제가 실제 어느 위치에 얼마나 들어가 있는지를 보다 정확하게 분석하는 데 성공했다.

MLCC 소자 내 BaTiO3 결정에 미량 (1 at.%) 첨가된 디스프로슘 (Dy)의 원자 자리를 주사투과전자현미경-X선 분광법을 이용하여 결정. [한국에너지공과대학교]

연구 결과 MLCC 소재에 들어가는 희토류 첨가제 ‘디스프로슘(Dy)’은 두 종류 원자 위치에 모두 들어갔지만, 한쪽 위치에 약 2배 더 많이 분포하는 것으로 나타났다. 연구팀은 첨가제 위치와 분포 방식이 전자부품 성능 차이에도 영향을 미친다고 설명했다.

최근 AI 서버와 전기차 시장 확대에 따라 고성능 MLCC 수요도 빠르게 늘고 있다. 업계에서는 이번 기술이 차세대 전자부품 성능 개선과 고신뢰 부품 개발에 활용될 수 있을 것으로 보고 있다.

연구를 총괄한 오상호 교수는 “이번 연구는 MLCC 핵심 소재에 들어간 첨가제가 실제로 어느 원자 자리를 얼마나 점유하는지 원자 단위로 정량 분석할 수 있는 길을 제시했다”며 “그동안 원자분해능 분석의 한계로 지적돼 온 전자빔 채널링 왜곡을 물리 기반 시뮬레이션과 보정 기법으로 해결한 것이 핵심”이라고 밝혔다.

공동연구에 참여한 정혜진 삼성전기 연구원은 “이번 연구는 MLCC 개발 현장에서 첨가제 거동을 더욱 정밀하게 해석할 수 있는 분석 기반을 마련했다”며 “앞으로 고신뢰 MLCC 설계는 물론, 다양한 기능성 산화물의 도핑과 결함 화학 연구에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.