한국공학대, 201억원 투입 '다이아몬드 기반 우주용 반도체' 개발 착수

한국공학대 연구팀, 극한 우주용 반도체 원천기술 개발 나서
다이아몬드-질화물 융합해 초고온·방사선 견디는 칩 구현 목표

남옥현 한국공학대 반도체공학부 교수(오른쪽)가 팀원들과 함께 기념 촬영했다.

한국공학대학교(총장 황수성)는 반도체공학부 남옥현 교수 연구팀이 추진하는 '다이아몬드 기반 우주용 반도체 개발' 연구가 산업통상자원부 산업기술알키미스트 프로젝트 3단계 과제에 최종 선정됐다고 10일 밝혔다.

이 과제는 향후 5년간 총 201억원 규모로 추진하는 국가 연구개발 사업으로, 세계 최초 다이아몬드 기반 우주용 반도체 통합 플랫폼 구현을 목표로 하는 실증 단계 연구다.

최근 저궤도 위성군 구축과 심우주 탐사 확대 등 민간 중심의 우주 산업 경쟁이 본격화되면서 극한 환경에서도 안정적으로 작동하는 반도체 기술 확보 필요성이 커지고 있다. 특히 고온·고전압·방사선 환경에서도 안정적으로 동작하는 초광대역(UWBG) 반도체는 우주·국방 분야 핵심 기술로 꼽힌다.

산업기술알키미스트 프로젝트는 세계 최초·최고 수준 원천기술 확보를 목표로 하는 도전형 국가 연구개발 사업이다. 앞서 진행된 1~2단계 연구(2024~2025년)에서는 8개 연구팀이 경쟁했으며 단계 평가를 거쳐 한국공학대 연구팀이 최종 수행기관으로 선정됐다.

이 프로젝트는 한국공학대가 주관기관을 맡고 한국전자통신연구원(ETRI), 한국에너지공과대, 홍익대, 한국세라믹기술원, 한국원자력연구원이 공동 연구기관으로 참여한다. 해외에서는 미국 스탠퍼드대와 펜실베이니아주립대가 협력기관으로 참여하며 반도체 기업 칩스케이가 기술 사업화를 담당한다.

기존 실리콘(Si) 반도체는 우주 환경에서 방사선 영향으로 단일사건효과(SEE)가 발생해 오작동이나 성능 저하가 나타날 수 있다. 반면 다이아몬드 반도체는 넓은 밴드갭과 높은 열전도율, 강한 전계 파괴 강도를 지녀 방사선 환경에서도 안정성이 높은 소재로 평가된다.

연구팀은 다이아몬드 웨이퍼 성장, 소자 설계 및 개발, 신뢰성 평가, 우주 환경 모사 검증을 수행하고 질화물 반도체(AlGaN 등)와의 융합 연구를 통해 고출력·고주파 특성을 갖춘 우주용 반도체 플랫폼 구축을 추진할 계획이다.

또 다이아몬드는 내부 결함 구조인 질소-공공(NV)센터에서 양자 얽힘 특성을 보여 양자 센싱·통신 등 차세대 기술로 확장 가능하다. 연구단이 개발한 (111)면 단결정 다이아몬드(결정 구조의 특정 배열 방향)는 NV센터 정렬 특성이 우수해 고감도 양자 센서 구현에 유리한 것으로 알려졌다.

남옥현 교수는 “우주 시대에는 반도체가 국가 안보와 기술 주권을 좌우하는 전략 자산이 되고 있다”며 “다이아몬드 기반 우주 반도체와 질화물 융합 플랫폼을 통해 극한 환경 반도체 분야 경쟁력을 확보하겠다”고 말했다.

수원=김동성 기자 estar@etnews.com