'제4의 물질' 활용 고부가ㆍ친환경 기술개발
고체, 액체, 기체가 아닌 제4의 물질 상태로 불리는 플라즈마는 고온에서 가스 입자가 이온과 전자로 분리돼 있는 이온화된 가스 상태로, 우주의 99% 이상을 차지하고 있습니다.
지구에서도 번개나 오로라와 같은 자연현상에서 볼 수 있으며 태양에서는 초고온의 상태로 태양에너지의 원리인 핵융합 반응을 일으켜 엄청난 에너지를 발생하기도 합니다. 이러한 원리를 지구에서 인공적으로 만들어 차세대 녹색에너지원으로 활용하고자 하는 것이 핵융합연구입니다.
핵융합에너지 개발에 필요한 태양과 같은 초고온 플라즈마 연구 외에도 플라즈마는 산업 전반에 활용 걸쳐 다양한 응용기술로 개발되고 있습니다.
플라즈마 응용기술은 반도체부터 항공우주 산업분야까지 활용 범위가 매우 넓다는 특징이 있습니다. 최첨단 우주 추진체 등 미래 신기술 개발에 쓰일 뿐만 아니라, 플라즈마 발생에 따른 폐기물이 거의 없기 때문에 온실가스, 공해 오염가스 등을 정화하는데 사용되며 수소에너지, 태양전지, 고도 정수시설 등 미래 환경분야의 중추 기술로도 꼽힙니다.
일반적으로 플라즈마는 기체 압력을 인위적으로 대기압의 1만 분의 1에서 10만 분의 1 수준으로 낮춘 상태에서 만들어집니다. 하지만 핵융합 파생 응용기술 중의 하나로 개발된 대기압 플라즈마는 일반적인 생성방식과 달리 대기압 수준의 기체 압력에서 발생할 수 있습니다. 대기압 플라즈마는 별도로 압력을 낮추기 위한 진공장치가 필요하지 않기 때문에 손쉽게 장치를 제작할 수 있으며, 환경분야 등에서 활용도가 높습니다.
이온화된 가스 초고온ㆍ저압 특성
'대기압 플라즈마ㆍ중성입자빔' 등
산업 전반 핵심기술 활용도 높아
대기압 플라즈마는 환경, 신재생 에너지, 반도체, 대형 평판 TV, 소재 산업 등에서 다양하게 활용되고 있으며, 대표적으로 대형 LCD TV나 PDP TV도 대기압 플라즈마 기술을 이용합니다. 특히 고가의 진공장비를 필요로 하는 기존의 반도체, LCD 공정 장비와 달리 대기압 상태에서 공정이 가능하게 해 초기 투자비용을 절감할 수 있으며, 단위 시간당 생산량을 늘릴 수 있다는 장점이 있습니다.
환경분야에서도 대기압 플라즈마 기술이 다양하게 활용되고 있습니다. 자동차 가스에서 발생하는 질소산화물이나 황산화물 같은 대기오염 물질을 대기압 플라즈마로 처리해 발생을 억제하는 기술이 현재 활발히 연구되고 있으며 일부 기술은 상용화 수준에 도달했습니다. 또한 플라즈마의 고온을 이용해 쓰레기 처리시 발생되는 발암물질인 다이옥신 같은 환경호르몬 억제하는 플라즈마 쓰레기 처리 기술도 개발하고 있으며, 이산화탄소 배출 물질인 석탄을 플라즈마로 처리해 수소 등 청정 에너지원으로 변환시키는 플라즈마 석탄 복합가스화 기술은 국가어젠다프로젝트(NAP)로 연구가 진행되고 있습니다.
또 다른 플라즈마 응용분야인 중성입자빔은 플라즈마 상태의 이온에 적당한 에너지를 주고 전자와 재결합시켜 중성입자로 만든 후 일정한 방향성을 갖도록 한 중성입자 다발입니다. 이러한 중성입자빔의 에너지를 조절하게 되면 부가가치가 높은 새로운 물질을 만들거나 가공하는 데 매우 효율적인 도구가 됩니다. 예를 들어, 초소형 전자제품의 발달에 따라 반도체 칩의 크기도 점점 작아지는데 이 때 중성입자빔을 이용하게 되면 기존 반도체 제조과정의 손상 문제를 해결하게 돼 더 미세한 반도체 칩 가공이 가능하게 됩니다. 이는 반도체 식각 및 리소, 박막증착, 화합물 반도체 제조 및 응용, 탄소계 물질 제조 및 응용, 바이오, 태양전지 제조장비, OLED 등 차세대 디스플레이 제조장비 등에 활용될 수 있습니다.
이처럼 플라즈마 응용 분야가 넓어짐에 따라 플라즈마의 이해를 위한 필수요소이자 반도체 장비 설계ㆍ제작 등 우리나라 주력산업의 핵심 정보에 해당하는 `플라즈마 물성데이터'의 구축도 활발하게 진행되고 있습니다.
`플라즈마 물성데이터'는 산업체에 응용되는 플라즈마의 기본적이면서 필수적인 물성데이터 연구를 통해 플라즈마 물성 정보를 국가 자원화하고 설계 및 운전ㆍ제어 기술 인프라를 제공하기 위한 것입니다. 또한 해외의 고가 정보이용료 때문에 플라즈마 물성정보를 이용할 수 없었던 국내 반도체 중소기업체들이 관련 정보를 이용해 경쟁력을 높일 수 있게 됩니다.
플라즈마 응용 기술은 다양한 산업분야에서 활용도가 높은 고부가가치 기술이면서 환경친화적 기술로 촉망받고 있습니다.
안경애기자 naturean@
자료제공=국가핵융합연구소
지구에서도 번개나 오로라와 같은 자연현상에서 볼 수 있으며 태양에서는 초고온의 상태로 태양에너지의 원리인 핵융합 반응을 일으켜 엄청난 에너지를 발생하기도 합니다. 이러한 원리를 지구에서 인공적으로 만들어 차세대 녹색에너지원으로 활용하고자 하는 것이 핵융합연구입니다.
핵융합에너지 개발에 필요한 태양과 같은 초고온 플라즈마 연구 외에도 플라즈마는 산업 전반에 활용 걸쳐 다양한 응용기술로 개발되고 있습니다.
플라즈마 응용기술은 반도체부터 항공우주 산업분야까지 활용 범위가 매우 넓다는 특징이 있습니다. 최첨단 우주 추진체 등 미래 신기술 개발에 쓰일 뿐만 아니라, 플라즈마 발생에 따른 폐기물이 거의 없기 때문에 온실가스, 공해 오염가스 등을 정화하는데 사용되며 수소에너지, 태양전지, 고도 정수시설 등 미래 환경분야의 중추 기술로도 꼽힙니다.
일반적으로 플라즈마는 기체 압력을 인위적으로 대기압의 1만 분의 1에서 10만 분의 1 수준으로 낮춘 상태에서 만들어집니다. 하지만 핵융합 파생 응용기술 중의 하나로 개발된 대기압 플라즈마는 일반적인 생성방식과 달리 대기압 수준의 기체 압력에서 발생할 수 있습니다. 대기압 플라즈마는 별도로 압력을 낮추기 위한 진공장치가 필요하지 않기 때문에 손쉽게 장치를 제작할 수 있으며, 환경분야 등에서 활용도가 높습니다.
이온화된 가스 초고온ㆍ저압 특성
'대기압 플라즈마ㆍ중성입자빔' 등
산업 전반 핵심기술 활용도 높아
대기압 플라즈마는 환경, 신재생 에너지, 반도체, 대형 평판 TV, 소재 산업 등에서 다양하게 활용되고 있으며, 대표적으로 대형 LCD TV나 PDP TV도 대기압 플라즈마 기술을 이용합니다. 특히 고가의 진공장비를 필요로 하는 기존의 반도체, LCD 공정 장비와 달리 대기압 상태에서 공정이 가능하게 해 초기 투자비용을 절감할 수 있으며, 단위 시간당 생산량을 늘릴 수 있다는 장점이 있습니다.
환경분야에서도 대기압 플라즈마 기술이 다양하게 활용되고 있습니다. 자동차 가스에서 발생하는 질소산화물이나 황산화물 같은 대기오염 물질을 대기압 플라즈마로 처리해 발생을 억제하는 기술이 현재 활발히 연구되고 있으며 일부 기술은 상용화 수준에 도달했습니다. 또한 플라즈마의 고온을 이용해 쓰레기 처리시 발생되는 발암물질인 다이옥신 같은 환경호르몬 억제하는 플라즈마 쓰레기 처리 기술도 개발하고 있으며, 이산화탄소 배출 물질인 석탄을 플라즈마로 처리해 수소 등 청정 에너지원으로 변환시키는 플라즈마 석탄 복합가스화 기술은 국가어젠다프로젝트(NAP)로 연구가 진행되고 있습니다.
또 다른 플라즈마 응용분야인 중성입자빔은 플라즈마 상태의 이온에 적당한 에너지를 주고 전자와 재결합시켜 중성입자로 만든 후 일정한 방향성을 갖도록 한 중성입자 다발입니다. 이러한 중성입자빔의 에너지를 조절하게 되면 부가가치가 높은 새로운 물질을 만들거나 가공하는 데 매우 효율적인 도구가 됩니다. 예를 들어, 초소형 전자제품의 발달에 따라 반도체 칩의 크기도 점점 작아지는데 이 때 중성입자빔을 이용하게 되면 기존 반도체 제조과정의 손상 문제를 해결하게 돼 더 미세한 반도체 칩 가공이 가능하게 됩니다. 이는 반도체 식각 및 리소, 박막증착, 화합물 반도체 제조 및 응용, 탄소계 물질 제조 및 응용, 바이오, 태양전지 제조장비, OLED 등 차세대 디스플레이 제조장비 등에 활용될 수 있습니다.
이처럼 플라즈마 응용 분야가 넓어짐에 따라 플라즈마의 이해를 위한 필수요소이자 반도체 장비 설계ㆍ제작 등 우리나라 주력산업의 핵심 정보에 해당하는 `플라즈마 물성데이터'의 구축도 활발하게 진행되고 있습니다.
`플라즈마 물성데이터'는 산업체에 응용되는 플라즈마의 기본적이면서 필수적인 물성데이터 연구를 통해 플라즈마 물성 정보를 국가 자원화하고 설계 및 운전ㆍ제어 기술 인프라를 제공하기 위한 것입니다. 또한 해외의 고가 정보이용료 때문에 플라즈마 물성정보를 이용할 수 없었던 국내 반도체 중소기업체들이 관련 정보를 이용해 경쟁력을 높일 수 있게 됩니다.
플라즈마 응용 기술은 다양한 산업분야에서 활용도가 높은 고부가가치 기술이면서 환경친화적 기술로 촉망받고 있습니다.
안경애기자 naturean@
자료제공=국가핵융합연구소
