◎플라즈마/고체·액체·기체 이어 이온이 가스화 상태/KIST·고열·고압 견딜수 있는 ‘이온주입장치’ 성공/4,16메가D램 반도체 고집적회로 미세공정에 실용

‘제4의 물질’인 플라즈마(PLASMA) 응용 기술이 마침내 우리나라에서도 결실을 내기 시작했다.

지난 95년 9월 대덕연구단지 기초과학센터안에 첨단 플라즈마 발생장치인 ‘한빛’이 설치된 것을 계기로 불모지이던 국내 플라즈마 연구가 활기를 띠면서 성공적인 산업계 응용사례가 보고되고 있다.

플라즈마는 고체·액체·기체에 이은 제4의 물질상태.이온이 가스로 된 상태로 미래의 핵심 에너지원인 핵융합 연구에 필수적인 분야다.기체를 섭씨 수만도 이상으로 가열하면 원자나 분자사이의 격렬한 충돌이 일어나 원자를 구성하고 있던 전자가 튕기면서 이러한 물질상태가 되는 것이다.태양을 포함한 우주의 99%가 플라즈마로 이뤄져 있다.우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 방전현상으로 형광등·네온사인·번개불 따위가 바로 플라즈마다.

미국이나 유럽에서는 플라즈마가 ‘21세기 꿈의 에너지’로 평가받는 핵융합발전을 비롯,우주선의 추진연료,오염물질의 제거 등에 폭넓게 응용되고 있다.미국은 이미 지난 93년 플라즈마를 이용한 핵융합으로 3백만㎾의 전력을 생산했으며 독일을 비롯한 유럽에서는 산업 응용분야에서 괄목할만한 성과를 내고 있다.

우리나라는 오는 2001년까지 ‘차세대 초전도 토카막(핵융합로)’을 개발,차세대 에너지원으로 삼는다는 중기 전략을 마련해놓고 있다.

현재 산업계에서 플라즈마를 비교적 활발히 응용하는 곳은 ▲재료 표면처리 및 반도체 공정 ▲신소재 합성 ▲의공학 ▲환경경처리 등 4개 분야.

플라즈마는 우선 자동차·기계 부품이나 공구의 내마모 코팅,광학부품의 보호막 처리 등에 쓰인다.플라즈마 발생장치 내부에 표면처리 대상물을 집어 넣고 수백 kv의 전압을 걸어 플라즈마를 발생시키면 용기안의 질소가스와 대상물이 반응을 일으켜 강력한 질화물이 형성되면서(플라즈마 이온질화) 내구성과 경도가 뛰어난 표면처리가 이뤄진다.

한국과학기술연구원(KIST)은 이미 내구성이 필요한 물체에 질소등의 이온을 주입시켜 강한 열이나 압력에 견딜수 있도록 한 ‘플라즈마 이온주입장치’를 제작하는데 성공했다.

플라즈마기술은 4메가디램과 16메가디램의 반도체 고집적회로 미세공정에도 실제로 활용되고 있다.

플라즈마를 이용한 신소재 합성의 대표적인 것은 공업용 다이아몬드와 대형 TV화면 평판표시장치.KIST 박막기술센터는 지난달 ‘다음극 플라즈마 화학장치’란 새 기술을 이용,고출력 반도체용 기판·자외선 감지용 특수센서 등의 핵심소재로 쓰이는 1㎜두께의 다이아몬드후막을 세계 처음으로 합성해냈다.

LG전자는 지난 5월 40인치 대형TV화면에 필요한 플라즈마 평판표시장치(PDP·Plasma Display Panel)를 독자 개발했다.PDP는 2장의 유리기판 사이에 네온과 아르곤 따위의 혼합가스를 채운 뒤 높은전압을 가하면 방전현상으로 자외선이 방출되면서 형광체에 충돌,컬러영상이 표시되는 새로운 발광소자.국내 가전업체들은 현재 50인치 대형화면의 PDP 개발을 서두르고 있다.

플라즈마는 유해 폐기물처리에도 이용된다.플라즈마를 형성할 때 섭씨 수천도에서 수만도까지 올라가는 가스 온도를 활용,잘 녹지 않거나 타지 않는 유해 폐기물을 손쉽게 녹이는 것이다. 서울시립대 환경공학과 김신도교수팀은 최근 세라믹기판에 6천v의 고압전류를 흘릴때 발생하는 플라즈마를 이용,악취 및 공해물질에 화학변화를 일으켜 이를 무해물질로 바꾸는 기술을 선보였다.<박건승 기자>