한국에너지기술연구원은 윤형철 박사 연구진이 국내 최초로 고순도 중수소 암모니아를 생산하는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

중수소 암모니아는 암모니아의 수소를 중수소로 바꾼 물질로, 이를 반도체 제조 공정에 활용하면 반도체 소자 내부에서 발생하는 결함을 억제할 수 있어 수요가 늘고 있다.

국내에는 중수소 암모니아를 생산할 수 있는 기술과 시설이 없어 대부분을 일본과 중국 등 해외 수입에 의존하고 있다.

연구진은 자체 개발한 루테늄 촉매를 적용해 하루 7.7㎏ 규모의 중수소 암모니아 생산에 성공했다.

연구진이 개발한 촉매는 기존 중수소 암모니아 합성 방식에 필요한 압력을 5분의 1 수준으로 줄이고, 온도 조건도 개선해 99% 이상의 고순도 중수소 암모니아 합성을 가능케 했다.

이어 기존 루테늄 촉매에 산화바륨을 섞어 암모니아 합성에서 가장 어려운 단계인 질소 분해에 들이는 에너지를 줄였다. 산화바륨은 루테늄 표면의 전자 밀도를 높여, 표면에 있는 질소 분자의 결합력을 떨어뜨린다. 이를 통해 기존보다 낮은 온도와 압력에서도 질소를 분해하고 중수소 암모니아를 생산할 수 있게 됐다고 연구진은 설명했다.

연구진은 개발한 공정을 1천시간 이상 연속 운전해 검증을 완료했다.

개발된 공정에서는 반도체 성능에 영향을 미치는 불순물이 생성되지 않아, 초고순도의 중수소 암모니아를 안정적으로 생산할 수 있음을 확인했다고 연구진은 전했다.

윤형철 박사는 "장시간 안정적 운전 경험과 저압·저온 공정 기술을 기반으로 향후 반도체·디스플레이·정밀 분석 산업에 필요한 소규모 고기능 화학소재 생산 플랫폼으로 확장할 수 있을 것"이라고 말했다.