■ 중수소(D2), 반도체·OLED 수요 급증

최근 반도체 및 OLED에서 소재로 사용되는 중수소(D2, Deuterium)의 수요가 높아지고 있는 가운데, 국내 한 기업이 이를 국산화 했다는 소식이 알려졌다.

이와 관련해 업계는 국산화도 중요하지만 안정적이고, 경제성 있는 공급을 위해서는 원료 확보가 우선이라며, 중수소가 반도체용 특수가스 新 전략제품으로 거듭나기 위해서는 원료확보를 위해서 장기적으로 국내 원전의 중수를 이용하는 방법이 필요하다고 밝혔다.

최근 효성화학은 국내 한 언론을 통해 고순도 중수소를 연간 10톤 생산 할 수 있는 설비를 갖추고 국내 반도체 기업에서 제품 품질을 평가 중이라고 밝혔다.

이는 본지 2021년 8월10일 기사에서 밝힌 중수소 개발 기업 중 효성화학이 가장 먼저 언론에 공식적으로 국산화를 밝힌 것이다.

현재 국산화를 진행 중인 기업은 효성화학 이외에도 P社, T社, K社 등 몇몇 기업이 있으며, 이미 내부적으로는 장비 등을 갖추고 원료물질에서 분리·정제 등의 과정을 거쳐 시제품을 생산하고 테스트 중인 것으로 알려졌다.

중수소는 특수가스 업계에서 이미 새로운 전략제품으로 3∼4년전부터 검토돼 오던 물질이다.

중수소는 28㎚ 이하 공정에서 발생하는 터널링 현상으로 인한 누설 전류를 막기 위한 고압 어닐링 장비에 사용되는데, 고압 어닐링 기술은 H2와 D2를 이용한 화학 작용을 통해 인터페이스 디펙트에 H-Si 본딩을 형성 이를 통해 인터페이스 디펙트를 전기적으로 비활성화함으로써 집적 회로의 속도를 개선시키는 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

이에 D2를 이용하는 고압 수소 어닐링 장비를 생산하는 국내 기업인 HPSP의 GENI-SYS 장비가 16㎚ 이하 공정에서 장비 투입이 늘어나며, 매출이 지속적으로 성장하는 것으로 전해지고 있다.

특히 최근 반도체 경기 침체로 인해 반도체 수요가 감소하고 있음에도 불구하고, 전문가들은 고압 수소 어닐링 장비는 반도체 미세화로 인해 지속적으로 사용이 늘 것으로 전망하고 있으며, 향후 GAA(Gate All Around)와 DRAM 1bnm 이하 공정에서 수요가 증가할 것으로 예상하고 있다.

또한 OLED에서의 전망도 밝다. 중수소는 OLED Blue 광원을 제작할 때 사용되는 것으로 알려지고 있는데, 중수소를 사용할 경우 훨씬 더 얇은 디스플레이와 유연성, 더 긴 장치 수명을 OLED의 전반적인 성능과 품질 향상에 기여하는 것으로 알려지고 있다.

이와 함께 OLED에서 더욱 각광을 받는 이유는 수소(H2)를 중수소(D2)로 대체했을 경우 열화 현상이 급감한다는 것이다.

이에 향후 OLED에서 중수소의 사용은 지속적으로 늘 것으로 전망되고 있다.

중수소(D2) 국내 수입량도 이 같은 수요에 발 맞춰 지속 증가하고 있는 것으로 나타났다.

한국무역협회 수출입통계에 따르면 국내 중수소(D2) 수입량은 2019년 4,003㎏에서 2021년 1만4,008㎏, 2022년 11월까지 1만6,721㎏로 급증했다.
 
■ 수입 원료 제조로는 경제성 감당 못해, 국내 원전 중수 이용 必

이와 같이 중수소(D2)의 수요 전망은 밝은 것으로 업계는 보고 있으나 안정적인 공급과 경제성을 확보하기 위해서는 원료의 확보가 관건인 것으로 전해지고 있다.

중수소를 얻는 가장 일반적인 방법은 수소혼합물에서 영하 250℃이하의 극저온 환경을 조성해 얻는 방법이 있으나 이 경우 고가의 액체헬륨 냉매가 필요하고, 단열장비, 복잡한 공정 등으로 비싼 단점이 있다.

이에 보통은 원전 중수(D2O)에서 전기분해를 통해 산소를 분리해 얻고 있다.

문제는 D2O를 전량 수입한다는 것이다.

한국무역협회 수출입통계에 따르면 2017년 18㎏에 불과하던 국내 중수(D2O) 수입량이 2021년에 3,612㎏으로 늘었고, 2022년에는 11월까지 1만3,161㎏으로 급격히 늘어나며 수요가 급증한 것을 알 수 있다.
 
주요 수입 대상국은 캐나다 원자력 공사(Atomic Energy of Canada Limited)가 있는 캐나다가 89%로 절대적 비중을 차지하고 있다.
  이는 캐나다가 중수 처리 기술에서 가장 높은 기술을 갖고 있기도 하지만 전략 물자로 관리돼 사실상 수입이 쉽지 않기 때문이다.

업계에 따르면 원료로 사용되는 중수의 가격은 보통 ℓ당 100∼130만원 선으로 알려져 있다.

반면 반도체 기업으로 납품되는 중수소(D2) 1병당 가격은 약 500만원 선으로 공급되는 것으로 알려져 있다.

수입 원료 중수를 이용해 중수소로 가공 납품하기에는 턱없이 경제성이 낮다는 것을 알 수 있다.

이에 업계 관계자들은 반도체용 중수소 성공은 위해서는 국내 원전에서 값싸게 중수를 원료로 이용해야 경제성을 얻을 수 있을 것으로 보고 있다.

다만 국내 원전에서 중수를 현재 이용할 수 있는 법적 방법은 없는 것으로 전해지고 있다.

업계 관계자들은 국내 반도체용 중수소(D2)의 완전한 국산화를 이루기 위해서는 향후 국내 원전 중수를 이용할 수 있는 방안이 마련돼야 한다고 전했다.