한국광기술원이 무선 이동통신 고주파 필터용 6인치 리튬탄탈레이트(LiTaO₃) 단결정 잉곳 성장을 국내 최초 성공해 눈길을 끈다.

30일 한국광기술원에 따르면 영상정보연구본부는 초크랄스키(Czochralski) 단결정 성장 기술을 활용, 1600도 이상의 고온 환경에서 직경 6인치 크기의 대구경 LiTaO₃ 단결정 잉곳을 성장시키는 기술을 확보했다.

LiTaO₃ 단결정은 우수한 음향·전기광학, 초전, 강유전, 압전 특성을 갖춰 표면탄성파(Surface Acoustic Wave, SAW) 필터의 핵심 소재로 널리 사용된다.

표면탄성파 필터는 스마트폰과 같은 모바일 통신기기 내에서 특정 주파수만을 걸러내는 필터로 스마트폰 1대당 약 30개 이상이 탑재되는 필수 부품이다.

무선 이동통신 네트워크 기술이 고도화됨에 따라 모바일 기기당 요구되는 SAW 필터의 수량이 증가하고 있어 미래 LiTaO₃ 단결정 소재 수요는 더욱 확대될 전망이다.

이에 따라 일본 Shin-Etsu, Sumitomo, NGK, 독일 Nano Quartz Wafer, 중국 CETE 등 해외 선진 기업들은 기존 4인치 기판을 넘어 6인치 기판 개발을 통해 생산성과 수익성 향상을 적극 추진하고 있다.

반면, 국내에서는 2000년대 초반 이후 LiTaO₃ 단결정 성장 기술 개발이 사실상 중단된 상황으로, 우리나라는 전 세계 LiTaO₃ 단결정 기판 소비량의 약 10%를 차지하고 있으나 전량 해외 수입에 의존하고 있는 실정이다.

한국광기술원 영상정보연구본부는 지난 2022년 과학기술정보통신부로부터 국가핵심기술연구단 ‘고주파필터용 단결정 소재 연구단’으로 지정받아 LiTaO₃ 단결정 성장 및 실리콘 웨이퍼와의 이종 접합 기술 개발을 추진해왔다.

연구단은 2023년 직경 4인치 LiTaO₃ 단결정 성장에 성공한 데 이어 이번에 6인치 대구경 단결정 성장까지 단기간 내 성과를 달성했다.

한국광기술원 관계자는 “직경 6인치 크기의 LiTaO₃ 단결정은 해외 선진 기업들도 아직 개발 및 도입 준비 단계에 머물러 있다”며 “이번 기술 확보를 계기로 무선 이동통신 스마트기기의 핵심 소재부품 분야에서 국내 기술경쟁력과 국산화율을 끌어올림과 동시에 양자 분야 등으로 응용 범위를 확대해 나가겠다”고 말했다.