제이앤엠뉴스 | 차세대 반도체 소재로 주목받는 다이아몬드 기판 기술에서 대면적화에 성공하며, 전력 반도체와 양자 디바이스 분야의 핵심 기술로 떠오르고 있다.

일본 Orbray는 최근 다이아몬드 반도체 소재의 대면적 성장 기술과 관련한 연구 성과를 국제학술지에 발표했다. 이번 연구에서는 기존 수 mm 수준에 머물던 (111) 단결정 다이아몬드 기판을 30mm x 30mm 크기로 확대하는 데 성공하며 기술적 한계를 한 단계 넘어섰다.

다이아몬드는 높은 내전압, 뛰어난 열전도율, 우수한 전자 이동 특성을 동시에 갖춘 소재로, 차세대 전력 반도체로 주목받고 있다. 특히 전기차, 고전력 시스템, 데이터센터 등에서 요구되는 고효율·고내구성 반도체 구현에 중요한 역할을 할 수 있다.

이번 연구의 핵심은 단순한 크기 확대가 아니라 ‘품질 유지’에 있다. 기존 (111) 다이아몬드 기판은 제작 과정에서 쌍정(트윈)이라는 결정 결함이 쉽게 발생해 대면적화가 어려운 한계가 있었다. 그러나 연구팀은 사파이어 기판의 경사각을 활용한 성장 제어 기술을 통해 이러한 결함을 효과적으로 억제하는 데 성공했다.

이를 통해 대면적이면서도 단결정 구조를 유지하는 고품질 기판을 구현했으며, 이는 실제 디바이스 적용 가능성을 크게 높이는 요소로 평가된다.

특히 (111) 다이아몬드 구조는 양자 센서 분야에서도 중요한 의미를 가진다. 양자 기술에 활용되는 NV 센터의 정렬이 용이해, 고감도 센서 개발에 적합한 소재로 꼽힌다. 이는 반도체 기술이 전력 분야를 넘어 양자 기술 영역까지 확장되고 있음을 보여준다.

현재 글로벌 반도체 산업은 실리콘 중심 구조에서 벗어나, SiC(실리콘 카바이드), GaN(질화갈륨), 그리고 다이아몬드 등 차세대 소재 경쟁으로 빠르게 이동하고 있다. 이러한 흐름 속에서 다이아몬드는 이론적으로 가장 뛰어난 물성을 가진 소재로 평가받지만, 제조 난이도와 비용 문제로 상용화에 한계가 있었다.

이번 연구는 그 중 가장 큰 장벽 중 하나였던 ‘대면적화 문제’를 해결했다는 점에서 의미가 크다. 이는 향후 산업 적용 가능성을 현실적인 단계로 끌어올리는 계기로 작용할 수 있다.

업계에서는 향후 전력 반도체, 고온·극한 환경 전자기기, 양자 디바이스 등 다양한 분야에서 다이아몬드 소재의 활용이 확대될 것으로 보고 있다. 특히 에너지 효율과 안정성이 중요한 산업에서 핵심 역할을 할 가능성이 높다.

결과적으로 이번 성과는 단순한 소재 개발을 넘어, 차세대 반도체 경쟁 구도에서 새로운 방향성을 제시한 사례로 평가된다.