INTERVIEW
국방기술 자립화에 가까워지다
DMC융합연구단 임종원 단장
2019년 국가과학기술연구회(NST)는 ETRI를 주관기관으로 16개 산·학·연 기관을 모아 DMC융합연구단을 출범했다.
DMC융합연구단은 최근, 질화갈륨(GaN) 반도체 송·수신 단일 칩 집적회로(MMIC) 기술을 국내 최초로 개발하는 성과를 보였다.
이번 연구개발에 대한 전반적인 이야기를 들어보기 위해 DMC융합연구단 임종원 단장을 만나보았다.
임종원 단장님, 안녕하세요!
먼저 단장님과 DMC융합연구단 소개 부탁드립니다.
안녕하세요. DMC융합연구단의 임종원 단장입니다. 저는 ETRI에 입사하여 20년 넘게 화합물 반도체 분야에서 연구를 진행하고 있습니다. DMC융합연구단은 2019년, 국가과학기술연구회(NST)가 ETRI를 주관기관으로 16개 산·학·연 기관이 뭉쳐 출범한 연구단입니다. 정부출연연구소와 민간기업이 보유한 R&D 기술을 활용하여 국방 무기체계용 핵심 반도체 부품을 개발하고 국산화하기 위해 조직되었습니다.
DMC융합연구단의 중점 연구 분야는 감시정찰 레이더용 GaN MMIC를 개발하는 RF 집적회로 국산화 및 플랫폼 구축, 전자식 기폭장치 개발을 위한 고전압스위치/광센서 국산화 및 플랫폼 구축과 개발된 부품의 공통기술인 핵심 방산부품 모듈 통합 패키지 기술 개발입니다. 연구단의 최종 목표는 국방 핵심 반도체 부품 플랫폼 구축을 통한 무기체계에 적용 가능한 핵심 반도체 부품 자립화 방안을 구축하는 데 있습니다.
DMC융합연구단은 ETRI를 중심으로 16개 기관으로 구성되어 있습니다. 주관기관인 ETRI는 나노종합기술원 및 한국나노기술원과 함께 팹 인프라를 구축하여 한국기계연구원, 부경대학교, 충남대학교와 기술 협력을 통하여 국방용 소재/부품 개발에 매진하였으며, 개발된 연구 결과의 실용화를 위해 아이브이웍스, 웨이비스, 오디텍, 엑스엠더블유, 엘트로닉스, 제니텔정보통신, 유텔, 제엠제코, 트루윈, RF시스템즈, 한화시스템 등의 업체와 함께 추진하고 있습니다.
‘질화갈륨(GaN) 반도체 송·수신 단일 집적회로(MMIC) 기술’을 국내 최초로 개발했습니다. 어떤 기술인가요?
저희가 이번에 개발한 기술은 고출력증폭기, 저잡음증폭기, 수신 구동증폭기, 송신 구동증폭기, 스위치 MMIC를 하나의 칩으로 만든 X-대역 레이더 송·수신기용 단일 프론트엔드 집적회로 기술입니다. 그동안 고출력증폭기와 저잡음증폭기는 국내에서 설계만 하고 해외 파운드리(foundry)를 이용하여 제작해 왔습니다. 전량 수입에 의존하고 있는 셈이죠. 저희 연구단에서는 기술 자립화를 실현하기 위해 국내 설계 기술과 국내 공정을 기반으로 MMIC를 개발했습니다.
이번 기술은 이전에 국내에 없던 기술이라 개발에 어려움이 있었을 것 같습니다.
앞서 말씀드렸듯이 설계는 국내에서도 여러 전문가들이 꾸준히 해왔기 때문에 잘할 수 있었지만, 실제 MMIC 공정은 거의 모두가 해외 파운드리를 사용했기 때문에 직접 공정하는 데에 있어서 어려움이 있었습니다. 또한 개별의 MMIC를 하나로 만들어야 했는데, 거기에서 오는 고민들이 있어 저희 연구원들이 많이 고생했습니다. 이제 어느 정도 윤곽이 잡혔지만 앞으로는 지금보다 더 고도화시켜야 하고, 신뢰성 만족도 해야 하고, 수요도 신경 써야 하기 때문에 해야 할 일이 많은 상태입니다.
이번 기술의 보완점이 있다면 무엇인가요?
먼저 MMIC에 들어가는 HEMT 능동소자가 있는데, 그 소자의 성능을 지금보다 더 고도화해야 할 필요가 있습니다. 또 불량률을 줄이고 수율을 향상시키기 위해 비어 홀(via hole)* 형성 공정을 더 향상시키고 개선해야 합니다. 또한 군에서 사용되려면 신뢰성이 상당히 중요합니다. MMIC의 신뢰성을 더욱 고도화시켜서 앞으로는 위성 등 우주 분야에서도 활용할 수 있었으면 합니다. 향후 5년 정도 바라보면서 차근차근 준비해 나가면 국산화된 우리의 부품들을 위성 등에 탑재할 수 있지 않을까 하는 기대감을 가지고 있습니다.
*비어 홀(via hole): MMIC가 형성되어 있는 기판을 얇은 두께로 한 후 기판 식각을 통하여 금속배선 공정을 통해 전면 전극과 후면 금속을 연결
이번 기술의 기대효과는?
경제적인 측면에서 보면 GaN MMIC 사용이 꾸준한 증가 추세에 있습니다. MMIC는 군수용 레이더뿐만 아니라 민수 분야에서도 응용될 수 있습니다. 현재 선박 레이더, 기상 레이더, 위성 통신, 이동통신 기지국 등에도 이용되고 있습니다. 민수 쪽에서도 현재 해외 수입품에 의존하고 있는데, 국내에서도 이렇게 국산화된 부품을 상용화하면 군수뿐만 아니라 민수 분야로도 확장이 가능할 것으로 예상됩니다. 그렇기 때문에 시장성으로 보면 아주 크다고 할 수 있습니다.
향후 계획이나 목표가 있다면?
앞으로 개발한 MMIC의 성능 고도화, 신뢰성 및 수율 향상 등 추가 연구개발을 통해 국방 반도체 부품 핵심기술을 확고히 할 예정입니다. 또한 연구단에서 개발된 기술들을 민간영역으로 확대하여 국방 핵심 반도체 강국의 견인과 아울러 민간산업의 경쟁력확보에도 이바지할 것입니다. 연구자는 연구를 통해 나온 결과물들이 진짜 실용화될 때 가장 큰 의미를 느낍니다. 향후 3~5년 뒤에는 진정한 핵심 반도체 부품 국산화를 통해 결과물들이 실용화될 수 있도록 추가 연구를 진행하는 것이 계획이자 목표입니다.
