반도체 공급망, 중국-일본 벗어나나...중수소 암모니아 생산 성공

[하얀 그림자]

매일경제. 최원석 기자. 2026.6.11 기사를 옮김.

반도체 공정에 필수적인 중수소 암모니아. 저온-저압에서 생산하는 기술 개발.

중국과 일본에 의존하던 한국의 반도체 공급망이 자립할 수 있는 기반이 마련됐다. 반도체 공정에 필수적인 원료를 자체 생산할 수 있는 기술을 확보한 덕분이다.

윤형철 한국에너지기술연구원 박사가 국내 최초로 고순도의 중수소 암모니아를 생산하는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다. 반도체 공정에 필수적인 중수소 암모니아 생산을 국내에서 자체 생산할 수 있게 됐다.

중수소 암모니아는 암모니아의 수소 원자를 중수소로 바꾼 물질이다. 양성자 하나로 이뤄진 수소와 달리 중수소는 중성자가 하나 더 붙어있다. 암모니아는 실리콘 반도체 소자에 질소를 공급하는 용도다.

일반 암모니아를 사용하면 실리콘과 수소가 결합하는데, 이 결합이 깨지면 누설전류가 증가하고 소자 수명이 감소한다. 중수소는 실리콘과 더 강하게 결합하기 때문에 반도체의 품질을 높일 수 있어서 중수소 암모니아를 주로 사용한다. 문제는 지금까지 국내에 중수소 암모니아를 생산할 기술과 시설이 없었다는 점이다. 이에 대부분을 일본과 중국 등 해외 수입에 의존했다. 한국의 반도체 제조 능력은 뛰어나지만, 공급망의 취약성을 보여주는 대목이다.

연구진은 자체 개발한 루테늄 촉매를 적용해 하루 7.7kg 규모의 중소수 암모니아를 생산하는 데 성공했다. 해당 공정은 1000시간 이상 연속 운전해 검증을 완료했고, 한국산업기술시험원의 인증을 획득해 내구성과 신뢰성을 인정받았다.

만들어진 중수소 암모니아의 품질도 뛰어났다. 99% 이상의 고순도 중수소 암모니아가 만들어졌고, 공정에 필요한 압력과 온고 조건도 개선됐다. 원래 중수소 암모니아의 공정이 비싸 가격 면에서 불리했는데, 이번 공정은 비용 면에서도 개선을 이끌었다.

이러한 성과는 연구진이 자체 개발한 루테늄 촉매 덕분이다. 기본의 암모니아 합성보다 완화된 조건에서도 손쉽게 암모니라을 만들 수 잇게 된 것이다. 기존 공정에서는 온도 500도, 300기압 조건에서 암모니아가 만들어지는 반면, 루테늄 촉매를 활용하면 350도, 40기압에서도 암모니아를 합성할 수 있다.

중소수 암모니아의 국내 생산 기반이 마련되면서 수입 의존도가 낮아지고 반도체 핵심 기술의 국산화가 가능해졌다. 또한 글로벌 특수가스 시장 진출도 가능할 것으로 보인다. 연구진을 향후 공정 최적화와 생산 규모 확대를 통해 산업용 동위원소 소재 시장 진출을 본격 추진할 계획이다.

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