기가포톤, 고온 초전도선 양산 위한 PLD 레이저 평가 착수

일본 레이저 광원 제조업체 기가포톤(Gigaphoton)이 고온 초전도선 양산 기술 개발을 위한 펄스 레이저 증착(PLD)용 엑시머 레이저 평가에 착수했다. 핵융합로의 핵심 부품인 초전도 자석에 사용되는 고성능 초전도선의 품질과 생산성을 높이기 위한 연구의 일환이다.

기가포톤은 지난 25일 일본의 한 고온 초전도선 제조업체에 펄스 레이저 증착용 ‘L300KZ’ KrF 엑시머 레이저를 설치하고 실제 박막 증착 공정 환경에서 평가를 시작했다고 26일 밝혔다.

이번 연구는 일본 내각부가 추진하는 ‘문샷 연구개발 프로그램(Moonshot Research and Development Program)’의 10호 목표와 연계돼 있다. 기가포톤은 연구개발 프로젝트인 ‘다양한 혁신적 핵융합로 콘셉트 실현을 위한 기초 초전도 기술’에 참여하고 있다.

프로젝트의 주요 목표는 핵융합로 초전도 자석의 핵심 소재로 사용되는 고성능 희토류 바륨 구리 산화물(REBCO) 와이어를 고품질·저비용으로 대량 생산할 수 있는 기술을 확보하는 것이다.

REBCO는 희토류 원소(RE), 바륨(Ba), 구리(Cu), 산소(O)로 구성된 고온 초전도 소재다. 높은 자기장 환경에서도 초전도 특성을 활용할 수 있어 핵융합 장치의 고자기장 초전도 자석 등에 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다.

기가포톤은 해당 프로젝트에서 REBCO 와이어 제조 과정의 펄스 레이저 증착 공정에 사용하는 엑시머 레이저 개발을 담당하고 있다.

이번에 설치된 L300KZ는 고온 초전도 소재의 PLD 박막 증착을 위한 고펄스 에너지 레이저다. 회사 측은 반도체 리소그래피용 엑시머 레이저 개발 과정에서 축적한 안정적 운전 및 장비 가용성 관련 기술을 적용했다고 설명했다.

PLD는 고출력 레이저를 고체 표적 물질에 조사해 발생한 물질을 기판 위에 증착함으로써 박막을 형성하는 기술이다. 엑시머 레이저는 높은 펄스 에너지를 낼 수 있어 다양한 기능성 소재와 초전도 소재의 박막 형성에 활용된다.

이번 장비 설치에 따라 연구는 레이저 자체 개발을 넘어 실제 PLD 박막 증착 환경에서 성능을 검증하는 단계로 들어간다. 기가포톤과 프로젝트 참여 기관들은 레이저의 운전 조건과 박막 증착 공정 사이의 관계를 검증하고 REBCO 초전도선의 품질과 생산성에 미치는 영향을 평가할 예정이다.

에나미 타츠오 기가포톤 사장 겸 최고경영자는 “실제 박막 증착 공정 환경에 PLD용 엑시머 레이저를 설치하고 평가 단계에 착수한 것은 중요한 진전”이라며 “고온 초전도선뿐 아니라 기능성 박막, 첨단 전자 소재, 광학 소재 등 PLD 기술이 활용되는 다양한 첨단 소재 분야로 응용 가능성을 확대해 나갈 것”이라고 밝혔다.

기가포톤은 이번 평가 결과를 토대로 프로젝트 참여 기관들과 고온 초전도선의 대량생산 기술 확립을 위한 연구를 이어갈 계획이다.