“AI 반도체,발열 문제 풀 열쇠”
“한국형 소부장으로 키워야”
송오성 서울시립대 신소재공학과 교수가 산업용 다이아몬드 실험을 하고 있다. AI와 반도체가 이끄는 4차 산업혁명 시대,‘산업용 다이아몬드’가 새로운 전략소재로 부상하고 있다. 과거 다이아몬드가 주로 보석이나 연마공구로 쓰였다면,이제는 탁월한 열전도성과 전기적 안정성 덕분에 첨단 반도체와 AI 서버,전력 전자소자의 필수 소재로 주목받고 있다.
29일 업계에 따르면 산업용 다이아몬드는 고온·고압(HPHT)이나 화학기상증착(CVD) 기술로 합성되는 ‘랩그로운 다이아몬드(Lab-Grown Diamond)’가 중심이다. 이 인공 다이아몬드는 천연 다이아몬드와 물리·화학적으로 동일하지만,크기와 순도를 자유롭게 제어할 수 있고 불순물이 적다. 열전도율은 구리의 5배,실리콘의 10배에 달해 반도체의 열을 빠르게 식히는 ‘궁극의 방열소재(thermal management material)‘로 꼽힌다.
AI 서버와 데이터센터는 연산 밀도가 높아질수록 발열이 급증한다. 수백 개의 GPU가 동시에 작동하는 환경에서는 냉각 효율이 곧 시스템 성능이다. 다이아몬드 기판을 반도체 패키징이나 파워 모듈,고주파 전자기기에 적용하면 기존 실리콘이나 SiC(실리콘카바이드)보다 훨씬 뛰어난 열관리 효과를 얻을 수 있다.
랩그로운 다이아몬드 웨이퍼는 차세대 전력 반도체용 기판뿐 아니라 레이저,광통신,양자센서 등 다양한 분야로 확장되고 있다. 일본과 미국,유럽의 주요 반도체 기업들은 이미 ‘GaN-on-Diamond(질화갈륨 온 다이아몬드)’ 구조 연구에 속도를 내고 있다. 이 기술은 고온에서도 안정적으로 작동하고 전력 효율을 50% 이상 높일 수 있는 것으로 평가된다.
AI와 반도체가 이끄는 4차 산업혁명 시대,‘산업용 다이아몬드’가 새로운 전략소재로 부상하고 있다. [사진출처 = KDT다이아몬드 홈페이지 캡처] 한국도 발 빠르게 대응하고 있다. KDT다이아몬드와 서울시립대학교가 함께 추진 중인 Homo·Hetero Epitaxy(동종·이종 결정 성장) 기술은 산업용 다이아몬드 기판 개발의 핵심이다. 이들은 CVD 기술을 활용해 대면적·고순도의 단결정 다이아몬드를 성장시키고 반도체용 웨이퍼로 전환하는 실험을 진행 중이다. 2027년 파일럿 라인 구축과 2030년 양산을 목표로 하고 있다.
산업적 파급력은 작지 않다. 반도체,전력전자,광학,우주항공,국방 등 고열·고전력 환경에서 다이아몬드는 ‘궁극의 방열재이자 절연체’로 자리잡을 수 있다. 글로벌 시장조사기관들은 산업용 다이아몬드 시장이 2030년 25억 달러,약 3조 원 규모로 성장할 것으로 내다본다.
문제는 국내 생태계가 아직 걸음마 단계라는 점이다. 고품질 합성 기술,기판 성장 장비,정밀 절단·슬라이싱 기술이 대부분 수입에 의존하고 있다. 반면 중국은 정부 주도로 대규모 CVD 다이아몬드 단지를 조성하고,장비 국산화까지 이뤄내며 시장을 빠르게 장악하고 있다.
전문가들은 “AI와 반도체 시대를 대비하려면 산업용 다이아몬드를 국가 전략소재로 지정하고 기술 자립과 인프라 구축을 서둘러야 한다”고 입을 모은다. 산업용 다이아몬드를 중심으로 한 전문 클러스터를 조성해 합성·가공·측정·응용 기업이 함께 성장할 수 있는 생태계를 만들어야 한다. CVD 리액터,에피택시 성장기술,레이저 슬라이싱 등 핵심 장비의 국산화 연구도 동시에 추진돼야 한다.
산업 현장과의 연결도 중요하다. 반도체와 AI 서버 제조기업과 공동 실증 프로젝트를 진행해 실제 공정에 다이아몬드를 적용하는 과정을 앞당길 필요가 있다. 초정밀 공정과 고진공·플라즈마 기술을 다루는 전문 인력을 길러내고,소재 품질을 인증할 체계도 마련돼야 한다.
산업용 다이아몬드는 더 이상 보석이 아니다. AI 시대의 열(熱) 문제를 해결할 차세대 반도체 소재이자,한국형 소부장 산업의 새로운 축이 될 가능성이 크다. 실리콘이 20세기 전자산업을 이끌었다면,21세기 AI 산업의 기반에는 다이아몬드가 자리할 것이다.
이제 한국이 할 일은 분명하다. 연구개발에서 산업화,시장 확산으로 이어지는 선순환 구조를 만들고,다이아몬드를 단순한 소재가 아닌 AI 산업의 핵심 인프라로 키우는 일이다. 세계가 이미 이 기술로 미래를 준비하고 있다면,한국이 주저할 이유는 없다. 산업용 다이아몬드는 지금 이 순간,한국 제조업이 다시 도약할 새로운 ‘보석’으로 빛나고 있다.
이상규 기자
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SKC는 첨단 소재 및 화학 제품을 제조하는 기업으로,반도체와 전자산업에 사용되는 고기능성 필름과 소재를 생산하고 있습니다.
최근 산업용 다이아몬드가 AI 서버,반도체 패키징,전력전자 등에서 열전도성과 전기적 안정성으로 인해 핵심 소재로 부상하고 있으며,산업용 다이아몬드 웨이퍼는 차세대 전력 반도체,레이저,양자센서 등 다양한 분야로 확대되고 있습니다.
국내 산업용 다이아몬드 생태계는 아직 초기 단계로,고품질 합성 기술과 기판 성장 장비 등은 대부분 수입에 의존하고 있습니다. SKC는 반도체 및 AI 산업의 성장과 소재 국산화 정책 등 외부 환경 변화에 대응하여 첨단 소재 분야에서 사업 역량을 강화하고 있습니다.
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산업용 다이아몬드 웨이퍼 및 기판 가공에 필요한 장비 공급망에서 핵심 역할을 담당한다는 점은 기사에서 직접적으로 확인되지 않습니다. 산업용 다이아몬드의 웨이퍼화,정밀 절단 및 슬라이싱 기술 수요 증가는 반도체 장비 산업과 밀접하게 연관되어 있습니다.
국내 산업용 다이아몬드 생태계가 걸음마 단계이며,고품질 합성 기술과 정밀 절단·슬라이싱 기술이 대부분 수입에 의존하고 있습니다. 반도체 및 AI 산업의 성장,장비 국산화 정책,글로벌 공급망 재편 등 외부 환경 변화가 반도체 장비 기업에 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
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삼성전자는 글로벌 반도체 및 전자제품 제조 기업으로,메모리 반도체,시스템 반도체,AI 서버,데이터센터 등 다양한 분야에서 세계적인 경쟁력을 보유하고 있습니다.
첨단 반도체 패키징,고성능 AI 서버,전력전자 등에서 열관리와 방열 소재의 중요성이 커지고 있으며,산업용 다이아몬드는 탁월한 열전도성과 전기적 안정성으로 차세대 반도체,전력 전자소자 등에서 핵심 소재로 주목받고 있습니다. 산업용 다이아몬드 기판의 반도체 패키징,전력전자 분야 적용은 삼성전자의 주요 사업과 밀접하게 연결됩니다.
반도체 및 AI 산업의 성장,소재 국산화 정책,글로벌 경쟁 심화 등 외부 환경 변화가 삼성전자의 사업에 영향을 미치고 있습니다. 최근 반도체 생산라인 증설,첨단 소재 도입,신사업 진출 등으로 시장 지배력과 성장세를 지속하고 있습니다.
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