소자공정

[KRISS 인터뷰 뒷 이야기] 전기자기표준그룹 박재성, 채동훈, 김완섭 박사

양자홀 저항 표준을 확립하기 위해서는 정밀한 측정 시스템과 고성능 양자홀 소자가 필수적입니다. 기존에는 측정 시스템을 보유하고 있었으나, 핵심이 되는 양자홀 소자 제작 기술을 확보하는 데 어려움이 있었습니다. 최근 국내 연구진은 그래핀 성장 시스템을 독자적으로 구축하고 이를 통해 제작된 양자홀 소자의 정밀도를 증명하는 데 성공했습니다. 이는 세계 최고 수준인 10억분의 1 오차 범위 내에서 측정이 가능하다는 것을 의미하며, 대한민국이 독자적인 국가 표준 환경을 완성했다는 점에서 큰 의의가 있습니다. 고품질의 양자홀 소자를 제작하기 위해서는 그래핀 성장 시스템이 필요합니다. 해외에서 도입할 경우 수십억 원의 막대한 예산이 소요되는 상황이었으나, 연구진은 외부 기술 도입과 자체 개발을 병행하는 결단을 내렸습니다. 대학과의 기술 협력을 통해 그래핀 성장 기술을 이전받았고, 이를 바탕으로 국내 환경에 최적화된 그래핀 성장 시스템을 구축할 수 있었습니다. 이러한 시도는 단순한 비용 절감을 넘어, 국가 표준 기술의 자립도를 높이고 양자홀 소자 제작의 전 과정을 통제할 수 있는 기반이 되었습니다. 기술을 이전받았다고 해서 즉시 고품질의 양자홀 소자가 만들어지는 것은 아니었습니다. 연구진은 완벽한 그래핀을 얻기 위해 1년 넘게 공정 조건을 세밀하게 조정하며 최적의 환경을 찾아냈습니다. 이후 측정 표준으로 사용하기에 적합한 양자홀 소자를 설계하고 제작하는 데 추가로 1년의 시간이 소요되었습니다. 약 2년여의 끈질긴 연구 끝에 언제 어디서든 일관된 품질의 양자홀 소자를 생산할 수 있는 원천 기술을 확보하게 되었으며, 이는 정밀 표준 저항으로서의 신뢰성을 확보하는 결정적인 계기가 되었습니다. 양자홀 소자 제작 과정의 핵심은 리소그래피 패턴 형성과 같은 미세 공정 조건을 정밀하게 제어하는 것입니다. 초기에는 수율이 낮아 어려움을 겪었으나, 다년간의 기술 개선을 통해 이를 획기적으로 높이는 데 성공했습니다. 현재는 단일 양자홀 소자를 제작하는 수준을 넘어, 여러 양자홀 소자를 직렬이나 병렬로 연결하여 다양한 저항값을 구현하는 단계로 나아가고 있습니다. 1메가옴이나 100옴과 같은 고저항 및 저저항 표준을 자유롭게 구현할 수 있는 기술력은 향후 정밀 측정 분야에서 폭넓게 활용될 전망입니다. 개발된 양자홀 소자의 성능을 세계적으로 공인받기 위해서는 국제 비교를 위한 장거리 이송 과정이 필수적입니다. 하지만 양자홀 소자는 산소나 습도 등 외부 환경에 매우 민감하여, 진공 상태나 저온 환경을 유지하는 패키징 기술이 매우 중요합니다. 연구진은 양자홀 소자의 안정성을 확보하기 위해 견고한 패키징 설계 연구에 박차를 가하고 있으며, 시스템적 구현을 통해 국제 무대에서의 검증을 준비하고 있습니다. 이러한 노력은 대한민국의 양자홀 저항 표준이 세계적 기준점으로 자리매김하는 마지막 관문이 될 것입니다.