원자력硏, 반도체 핵심 '이온주입 전력공급장치' 국산화 성공

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국원자력연구원은 고전압 환경에서도 이온주입장치에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 절연형 모터제너레이터(MG-SET)를 자체개발하는 데 성공해 해외의존에서 벗어날 수 있게 됐다고 17일 밝혔다.
 
이온주입 기술은 반도체 및 첨단소재 제작분야에서 널리 사용되는 핵심 공정이다. 수만~수십만 볼트(V) 수준의 높은 전압으로 이온을 가속해 소재 내부로 주입, 소재의 전기적 특성이나 표면성질을 원하는 방향으로 조절토록 한다.

고전압 상태에서 작동하기 때문에 전압 차이가 크면 전기가 갑자기 흐르거나 튀면서 장치가 손상될 수 있고 안전문제가 발생할 수 있어 수백 볼트 수준의 일반적인 외부 전원과 직접 연결할 수 없다.

이를 해결키 위해 외부 전기로 모터를 먼저 돌리고 그 회전력을 발전기로 전달해 장치에 필요한 특정 전압의 전기를 다시 만들어 공급하는 장치인 모터제너레이터를 사용한다.
 
또 고전압 환경에서는 이온주입장치에 전력을 공급하는 모터제너레이터 속 발전기도 고전압 상태에 놓이게 되며 이때 모터제너레이터 속 모터와 발전기를 전기적으로 분리하는 절연 구조가 필요하다.

현재 절연형 모터제너레이터는 국내에 생산업체가 없어 대부분 해외제품에 의존하고 있다.
 
이번에 원자력연 양성자과학연구단은 모터와 발전기 사이에 전기는 통하지 않고 회전동력을 전달할 수 있는 절연축(Insulating shaft)을 적용하면서 가볍고 절연 성능이 우수한 나일론 소재를 사용해 절연형 모터제너레이터를 자체 개발하는데 성공했다.

또한 전압이 특정 구조물에 집중되지 않도록 모든 장치의 외부구조를 반지름 5㎝ 이상의 곡면 형태로 만들어 전압을 분산시켰다. 전기장 모서리가 뾰족할수록 한 곳에 집중되는 특성이 있다.

이번 성과로 절연형 모터제너레이터 제작 비용은 해외 제품 대비 약 70% 절감됐으며 납기는 10개월에서 3개월 이내로 단축됐다.

장비 사양에 따른 맞춤형 설계와 국내 자체 유지보수가 가능해져 기술의 해외 의존도를 크게 낮출 것으로 기대된다.

이재상 양성자과학연구단장은 "고전압 환경에서 안정적인 전력공급은 이온주입장치의 신뢰성 확보를 위한 핵심 요소"라며 "갈수록 높아지는 외산 장비 비용과 납기지연 등의 부담 속에서 이번 국산화는 기술자립의 의미 있는 첫걸음"이라고 말했다.


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