[이달의 과학기술자상] 백영준 한국과학기술원 박사
국내 다이아몬드 합성기술 한단게 높여
'다이아몬드 박사.' 한국과학기술연구원(KIST)의 백영준 박사의 연구실엔 다이아몬드가 많다. 서랍을 열면 다양한 크기와 색깔의 다이아몬드가 가득 들어 있다.
모두 그가 만든 것이다. 그것도 기체에서.. 실험실 이름도 '다이아몬드 랩'이다.
그러나 천연 다이아몬드와는 차이가 있다. 우선 색이 탁하다. 다이아몬드의 상징인 영롱한 빛을 찾아볼 수는 없지만 생각했던 것보다 엄청나게 크다. 그러나 이것을 빼고는 천연 다이아몬드와 성질이 거의 비슷하다.
다이아몬드 박사가 만든 다이아몬드 중에는 폭이 10㎝나 되는 것도 있다. 색깔이 탁하면서 유리판처럼 얇은 원판모양을 하고 있다. "이 다이아몬드를 값으로 매기면 캐럿 당 10~20달러"정도라고 백 박사는 소개한다.
다이아몬드는 '보석의 왕'으로 여겨지는 것 만큼이나 여러 모로 쓸모가 있다. 먼저 세상에서 존재하는 어떤 물질보다도 단단하다. 절삭공구로는 그만이다. 또 열을 흡수 방출하는 성능도 뛰어나다. 고온에도 잘 견뎌 온도센서로도 이용할 수 있다. 백박사는 "반도체로서의 특성도 있다"고 소개했다.
다이아몬드는 '아마다스(Amadas)'란 말에서 유래한다. 아마다스는 '정복할 수 없다', '영원한 사랑'이란 뜻을 가진 그리스어.
다이아몬드는 힘과 용기를 상징했다. 때문에 유럽에서는 15세기까지 왕만이 다이아몬드를 착용했다. 다이아몬드는 영원한 사랑의 상징으로 여겨진다. 큐피트의 화살 끝에 박힌 다이아몬드가 신비한 마력을 가졌다고 믿었기 때문이다.
다이아몬드는 무척 귀하다. 다이아몬드가 가장 많이 산출되는 중앙아프리카에서 조차 1캐럿의 다이아몬드를 얻기 위해 25톤의 자갈과 바위를 캐내야 한다.
다이아몬드의 주성분은 탄소로 99.95~99.98%를 차지한다. 탄소가 땅속 깊숙한 곳에서 엄청난 열과 압력을 받아, 다이아몬드로 바뀌는 것이다.
인공적으로 다이아몬드를 만들기 위해 처음에는 천연환경과 유사한 환경을 만들어 줬다.
고온고압법으로 불리는 이 방법으로는 큰 다이아몬드를 만들지 못했다.
그래서 개발된 것이 기상합성법. 진공의 용기 속에 메탄 같은 탄소화합물 가스를 넣은 뒤 에너지를 가해 다이아몬드를 만드는 방법이다. 에너지를 받은 탄소화합물은 플라즈마상태로 변하고 천천히 바닥에 쌓여 다이아몬드가 되는 것이다.
에너지원으로는 극초단파(마이크로웨이브)나 아크방전, 직류전원 등이 사용된다.
백영준 박사는 직류 전원을 이용해 다이아몬드를 만든다. 직류전원을 이용한 플라즈마화학증착법(DC-PACVD)로 불리는 이 방법은 공정이 간단하고 이전보다 훨씬 간단하게 큰 다이아몬드를 만들 수 있다. 직경이 10㎝나 되는 다이아몬드 원기둥이 저절로 만들어진다. 용기 속 압력은 0.01~0.2기압 정도.
"가스 조성이나 온도, 압력, 첨가물 등의 조건을 바꾸면 다양한 형태의 다이아몬드가 만들어진다" 백 박사는 직류 전원법의 장점은 다양한 물성을 가진 다이아몬드를 만들 수 있다고 설명했다.
백 박사는 "다이아몬드 만드는 법은 일진다이아몬드라는 회사에 이전했다"고 밝혔다. 이 회사는 우선 공구용 다이아몬드 생산에 나설 계획이다.
백 박사는 다이아몬드로 반도체를 만드는 연구도 진행하고 있다. 현재 가장 많이 쓰이는 실리콘 반도체도 연구가 시작된 지 20년 만에 상용화 한 점을 고려하면 다이아몬드 반도체도 불가능한 것만은 아니다.
그는 "가장 큰 과제는 단결정을 얻는 것"이라며 "10~20년 후엔 다이아몬드 반도체를 보게 될 것"이라고 말했다.
◇주요경력
▦1981 서울대 금속공학과
▦1983 한국과학기술원 재료공학과 석사
▦1986 한국과학기술원 재료공학과 박사
▦1986~ 한국과학기술연구원 선임연구원ㆍ책임연구원
▦1991-1992 미국 펜실베니아 주립대 Post-Doc(연구원).
▦1999~현재 고려대학교 공과대학 객원교수
◇학회활동
▦미국진공학회 정회원
▦미국전자패키징학회 정회원
▦한국요업학회 정회원
▦한국결정학회 정회원
▦한국 마이크로전자 및 패키징학회 정회원
◇수상경력
▦997. 4. 과학기술부 추천연구원
▦1998. 2. 한국과학기술연구원 우수연구팀상
