지큐티코리아, InGaP·GaAs 화합물반도체 광검출소자 6종 시제품 개발…2027년 말 상용화 목표

개발 배경: 실리콘 광검출소자의 방사선 한계

기존 실리콘 기반 광검출소자는 강한 방사선 환경에 장기 노출될 경우 내부 결정 구조가 손상되며 잡음이 증가하고 검출 성능이 떨어지는 문제가 있다. 이를 보완하려면 냉각 장치나 차폐재 같은 추가 설비가 필요하다. 유럽입자물리연구소(CERN)의 입자 검출기에서도 방사선에 의한 실리콘 소자 성능 저하는 오랫동안 해결해야 할 기술 과제로 꼽혀 왔다.

화합물반도체 적용과 시제품 구성

지큐티코리아는 이 문제를 해결하기 위해 InGaP와 GaAs 화합물반도체를 선택했다. 두 소재는 소재 특성상 중성자 내성이 실리콘보다 이론적으로 약 100만 배 높을 것으로 예측된다. 다만 현 시점에서는 이론 예측치이며, 실제 방사선 내구성은 시제품 테스트를 통해 데이터를 확보해야 한다.

이번에 제작된 시제품은 크기별 단일 검출소자 4종, 소자 100개를 배치한 10×10 어레이 1종, 소자 400개를 배치한 20×20 어레이 1종으로 총 6종이다. 가장 집적도가 높은 20×20 어레이에는 각 검출 영역을 물리적으로 분리하는 메사(Mesa) 구조를 도입해 소자별 독립 구동과 신호 판독이 가능하도록 설계했다.

목표 시장과 상용화 전략

지큐티코리아는 입자가속기 연구 시설과 입자치료 의료장비 시장을 주요 목표로 삼고 있다. 입자가속기에서 광검출소자는 입자가 물질과 반응할 때 발생하는 미세 발광 신호를 포착해 입자의 거동과 특성을 분석하는 데 쓰인다. 의료 분야에서는 양성자·중입자 치료 시 빔이 체내에서 정확히 도달한 위치를 실시간으로 확인하는 장비에 활용될 수 있다. 우주 및 수중 광통신 분야로도 응용 범위를 넓힐 계획이다.

CERN을 포함한 주요 입자가속기 연구시설에 시제품 성능 평가와 공동 시험을 제안하고, 검증 결과를 바탕으로 검출모듈 공급 협의를 진행할 방침이다. 상용 제품 출시 목표 시점은 2027년 말이다.

의미와 과제

국내 기업이 화합물반도체 기반 고내방사선 광검출소자 시제품을 직접 개발한 사례는 드물다. 특히 CERN급 과학 인프라에서 요구하는 방사선 내구성 기준을 충족할 경우 글로벌 시장 진입 가능성이 높아진다. 그러나 현재는 시제품 단계이며, 100만 배 내성 수치는 이론 예측에 그친다. 실제 성능 데이터 확보와 국제 공인 검증 절차가 상용화 성패를 좌우할 핵심 변수로 남아 있다.