국내 연구진이 반도체를 생산할 때 사용하는 물질 중 이산화탄소보다 6000배 이상 강력한 온실가스를 고효율로 제거할 수 있는 기술을 개발했다.
이산화탄소보다 6000배 강력한 온실가스 사불화탄소를 없애기 위한 알루미네이트 촉매의 설계와 제거 과정
카이스트 제공
최민기 카이스트 생명화학공학과 교수팀은 삼성전자 연구진과 함께 반도체 미세회로 제작 공정에서 쓰는 온실가스인 사불화탄소를 높은 효율로 제거할 수 있으며 장기간 사용이 가능한 새로운 촉매를 개발했다고 3일 밝혔다. 이 연구 결과는 화학 및 화학공학 분야 국제 학술지 ‘앙게반테 케미 인터내셔널 에디션’에 실렸다.
탄소(C) 하나에 안정적인 불활성 원소인 플루오린(F) 4개가 결합한 분자 구조를 가진 사불화탄소는 반도체 웨이퍼에서 필요 없는 부분만 깎아 미세한 회로를 만드는 건식 식각 공정에 사용된다. 문제는 사용 후 남은 미량의 사불화탄소가 대기 중으로 배출되면 쉽게 분해되지 않아 약 5만 년 동안 남아 영향을 미친다는 점이다. 지구온난화에 미치는 영향도 이산화탄소보다 6000배 이상 큰 것으로 알려졌다.
기존에도 사불화탄소를 배출되지 않도록 분해하는 촉매 기술이 있었지만 오래 사용할수록 성능이 떨어진다는 단점이 있다. 이에 연구팀은 여러 종류의 원자를 고르게 섞어 촉매가 한쪽으로 뭉치거나 다른 구조로 변하는 것을 막는 ‘엔트로피 안정화’ 원리를 응용한 촉매를 개발했다. 연구팀은 알루미늄, 아연, 갈륨, 니켈, 코발트 등 여러 금속을 하나의 알루미네이트 결정구조 안에 고르게 섞었다. 이를 통해 고온다습하고 불소가 함께 존재하는 악조건에서도 쉽게 변형되지 않는 엔트로피 안정화 알루미네이트 촉매를 만들었다.
이번에 개발한 촉매는 기존 촉매보다 사불화탄소 분해 활성이 2.3배 정도 높았다. 또 800도에서 150시간 동안 사용했을 때도 기존 촉매의 사불화탄소 전환 효율은 93%에서 48%로 떨어졌지만 이번 촉매는 98%에서 92%로 높은 수준을 유지했다.
연구를 이끈 최민기 교수는 “이번 연구는 금속의 종류와 조합을 바꿔 다양한 반도체 공정가스 처리 촉매로 확장할 수 있는 새로운 소재 설계 방법을 제시했다는 데 의미가 있다”고 말했다.
