국내 연구진이 영국 연구팀과 공동 연구를 통해 나노 소자 응용기술을 크게 발전시킬 수 있는 연구 결과를 얻었다. 광주과학기술원(GIST) 신소재공학과 이탁희 교수팀은 영국 캠브리지 대학 마크 웰랜드 교수팀과 공동으로 산화아연(ZnO) 나노선을 이용해 전계효과트랜지스터를 제작하고 이 트랜지스터의 전도특성을 입체적으로 규명하는데 성공했다고 3일 밝혔다. 이 결과는 나노과학기술분야 영향력 1위 학술지인 나노레터스 최근호에 게재됐다. 반도체 나노선은 우수한 전기적, 광학적, 기계적, 열적 특성을 나타내기 때문에 전계효과트랜지스터, 발광소자, 논리회로 등과 같은 다양한 나노소자의 기초 나노물질이 된다. 특히 전계효과트랜지스터는 논리회로를 구성하는 가장 기본적인 단위소자로 응용기술의 개발을 위해서는 그 전도특성을 이해하는 것이 매우 중요하다. 연구팀은 이번 논문에서 표면형상과 직경크기가 제어된 산화아연 나노선으로 제작된 전계트랜지스터의 전자 전도 특성을 변화시킬 수 있음을 보여줬다. 이는 나노선 기반의 논리회로 등에 다양하게 응용될 전망이다. 이 교수는 “그동안 반도체 나노선에 대한 연구는 나노선의 성장기술과 매우 기본적인 전도특성에만 초점이 맞춰져 왔다”며 “아직 마지의 영역으로 남아있는 나노소자의 전도 특성에 대한 이해의 폭을 넓히는 계기가 됐다”고 말했다. /economist@fnnews.com이재원기자

[파이낸셜뉴스] 한국전자통신연구원(ETRI) 문재경 박사팀이 한국세라믹기술원과 함께 3000V의 고압을 견뎌내는 전력반도체 핵심 소재와 부품 공정기술을 개발했다. 이를 통해 부품을 만들면 기존의 부품보다 절반 크기로 줄일 수 있고, 성능은 10배, 가격 경쟁력은 20배까지 높일 수 있다. 1일 ETRI에 따르면, 연구진이 개발한 소재는 국내 최초로 3000V급 산화갈륨 전력반도체 '모스펫(MOSFET)'의 부품이다. 전력반도체는 흔히 트렌지스터라 부르는데 전기를 사용하는 모든 제품에 들어가 있다. 집으로 들어오는 220V의 전압을 변환해 낮추거나 높여 전자제품을 작동시키는 부품이다. 전력반도체의 가장 오래된 소재는 실리콘. 이보다 성능이 좋은 대표적 소재가 실리콘 카바이드와 질화갈륨이다. 연구진은 "이번 산화갈륨 에피 소재와 전력반도체 '모스펫(MOSFET)'소자 기술은 기존 전력반도체보다 3분의 1~5분의 1 수준으로 제조비용을 줄일 수 있다"며 "국산화를 통해 우리나라가 차세대 전력반도체 고부가가치 산업에서 주도권을 확보할 수 있게 됐다"고 설명했다. 또한, 산화갈륨 반도체는 성능이 더 우수해 더 높은 전압까지 견딜 수 있어 전력반도체 소자의 크기를 50% 이하로 줄여 소형화가 가능할 뿐만아니라 전력변환 효율도 높다. 따라서 전력반도체 소자의 성능을 10배 이상 향상시킬 수 있어 기존 전력반도체 대비 소자의 가격 경쟁력까지 20배 이상 높일 수 있다. 연구진은 "산화갈륨 전력반도체 소자는 전력변환 효율을 높이면서 동시에 인버터 및 컨버터 시스템의 크기도 10분의 1 이하로 줄일 수 있다"고 말했다. 현재 95% 이상 수입에 의존하고 있는 전력반도체 부품은 이동통신이나 전기차, 태양광 및 풍력발전, 전력전송, 국방, 우주항공, 양자컴퓨터 등 국가 산업 전반에 사용되고 있는 핵심 부품이다. ETRI는 4미크론 두께의 도금공정을 이용한 세계 최초의 4인치 모스펫 소자 공정 및 상용화 기술 개발에 집중하고 있다. 따라서 향후 국내 기술로 개발된 4인치급 대면적 에피소재 및 소자 공정 기술을 활용한 산화갈륨 전력반도체 양산기술 확보도 가능할 것으로 보인다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

삼성전자가 차세대 반도체 소재로 주목받고 있는 강유전 물질을 기반으로 시스템 반도체를 구현하는데 성공했다. 이번 연구를 바탕으로 성능과 전력 효율을 높인 차세대 시스템 반도체 구현이 가능할 것으로 기대된다. 1일 업계에 따르면 삼성전자 SAIT 임직원들의 차세대 소재를 적용한 시스템 반도체 구현 연구 결과가 우수성을 인정받아 세계적 학술지인 네이처 일렉트로닉스에 게재됐다. 연구진은 시스템 반도체 성능을 좌우하는 트렌지스터의 누설 전류를 줄이고자 절연막에 활용되는 고유전 물질을 전력 효율을 극대화하는 강유전 물질로 대체하는 아이디어에 주목했다. 해당 기술을 이용하면 누설 전류의 증가 없이 동작 전압만 감소시킬 수 있고, 결과적으로 트랜지스터의 소비 전력을 크게 줄일 수 있다. 이번 연구에서는 강유전 물질의 음의 전기용량(NC) 효과를 실험적으로 측정하는데 성공했을뿐 아니라, 세계 최초로 트렌지스터의 상용화 가능성을 검증했다는 데 의미가 있다. 기존 고유전 물질을 사용한 반도체와 비교해 소비 전력을 최대 33%까지 낮출 수 있다. 또 1000조회 이상의 테스트를 통해 안정적 동작을 확인해 세계 최고 수준의 신뢰성도 증명했다. hoya0222@fnnews.com 김동호 기자

[파이낸셜뉴스] 삼성전자가 차세대 반도체 소재로 주목받고 있는 강유전 물질을 기반으로 시스템 반도체를 구현하는데 성공했다. 이번 연구를 바탕으로 성능과 전력 효율을 높인 차세대 시스템 반도체 구현이 가능할 것으로 기대된다. 1일 업계에 따르면 삼성전자 SAIT 임직원들의 차세대 소재를 적용한 시스템 반도체 구현 연구 결과가 우수성을 인정받아 세계적 학술지인 네이처 일렉트로닉스에 게재됐다. 연구진은 시스템 반도체 성능을 좌우하는 트렌지스터의 누설 전류를 줄이고자 절연막에 활용되는 고유전 물질을 전력 효율을 극대화하는 강유전 물질로 대체하는 아이디어에 주목했다. 해당 기술을 이용하면 누설 전류의 증가 없이 동작 전압만 감소시킬 수 있고, 결과적으로 트랜지스터의 소비 전력을 크게 줄일 수 있다. 이번 연구에서는 강유전 물질의 음의 전기용량(NC) 효과를 실험적으로 측정하는데 성공했을뿐 아니라, 세계 최초로 트렌지스터의 상용화 가능성을 검증했다는 데 의미가 있다. 기존 고유전 물질을 사용한 반도체와 비교해 소비 전력을 최대 33%까지 낮출 수 있다. 또 1000조회 이상의 테스트를 통해 안정적 동작을 확인해 세계 최고 수준의 신뢰성도 증명했다. 특히 해당 기술은 3D 구조의 트랜지스터를 포함해 모든 구조의 트랜지스터에 활용할 수 있다. 기존 반도체 공정에 많이 쓰이는 물질들을 사용해 큰 비용의 증가 없이도 시스템 반도체 성능을 높일 수 있다는 장점이 있다. 조상현 삼성전자 SAIT 연구원(공동 1저자)은 "이번 연구는 강유전 물질의 NC 효과를 실험적으로 검증한 것과 더불어, 두께 미세화, 신뢰성 확보 및 NC 동작 범위 조절이 가능함을 동시에 확인하면서 차세대 저전력·고성능 시스템 반도체 소자에의 상용화 가능성을 확인했다는 데 의미가 크다"며 "해당 기술을 더욱 개선해 당사 파운드리 사업의 핵심 미래 기술이 되기를 기대한다"고 말했다.   hoya0222@fnnews.com 김동호 기자

[파이낸셜뉴스] 리서치알음이 27일 디엔에프에 대해 더블데이터레이트(DDR)5 출하 본격화에 힘입어 구조적 성장을 이룰 것으로 판단했다. 이에 주가전망 ‘긍정적’, 목표주가 1만7300원으로 커버리지를 개시했다. 디엔에프는 지난 2001년 1월 설립돼 2007년 11월 코스닥 시장에 입성한 반도체 소자 형성용 박막재료 기업으로, DPT(Double Patterning Tech), HCDS(Hexa ChloroDi silane), ACL(amorphous Carbon Layer), High-K 등을 주요 제품으로 보유하고 있다. 디엔에프의 지난 2·4분기 매출액은 359억원, 영업이익은 51억원으로 집계됐다. 이는 전년 동기 대비 각각 18.4%, 100% 증가한 규모다. 김도엽 리서치알음 연구원은 “매출액 대비 영업이익 상승폭이 큰 이유는 자회사 켐옵틱스 흑자전환과 이익률 공헌도가 높은 High-K 매출 비중이 증가했기 때문”이라며 올해 매출액과 영업이익을 각각 1549억원, 194억원으로 전망했다. 김 연구원은 이어 “High-K 제품은 디램(DRAM)에서 가장 중요한 역할을 하는 캐패시터 유전막 재료로, 미세화에 의해 사용량이 증가하고 있으며 DDR5 출하가 본격 시작되면서 구조적 성장이 예상된다”며 “특히 해당 제품은 HKMG(High-K Metal Gate) 공정 증가에 따라 사용량이 급증할 것”이라고 설명했다. 그는 또 “제한된 면적에 더 많은 트렌지스터를 직접해야 하고, 트랜지스터 크기가 작아지는 만큼 절연막 면적도 줄여야 하는데 절연막 두께가 얇아질수록 누설 전류가 많아지는 문제가 발생한다”며 “이를 해결하기 위해 유전율을 높이기 위한 소재를 사용하는데, 그게 바로 High-K 소재”라고 덧붙였다. 디엔에프의 올해 상반기 High-K와 DPT 매출액은 각각 전년 동기 대비 22.5%, 3.8% 증가한 125억원, 134억원으로 기록됐다. taeil0808@fnnews.com 김태일 기자

[파이낸셜뉴스] 기초과학연구원(IBS) 박장웅 박사팀이 심장을 실시간 모니터링하면서 비정상적 박동 발견땐 즉시 치료하는 전자패치를 개발했다. 연구진은 부정맥 실험용 토끼에 10주간 심장 부착형 전자패치를 사용해 성능과 효과를 증명했다. 박장웅 박사는 "이 심장 부착형 전자패치 기술은 기존 이식형 제세동기 기술의 문제점을 해결해 심장 질환 진단과 치료에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다. 또한 "향후 임상실험으로 상용화해 실제 부정맥 환자들에게 적용하게 될 것"이라고 전망했다. ■질환 사망자중 심장 문제가 1위 15일 IBS에 따르면, 심장 질환 사망자는 암에 의한 사망자 수를 넘어 단일 질환으로 인한 사망 원인의 독보적 1위이다. 특히, 심장 질환의 경우 예기치 못한 돌연사로 이어지는 경우가 많으며, 대표적인 원인은 부정맥이다. 부정맥은 심장이 규칙적으로 수축하지 못해 맥박이 비정상적으로 빨라지거나 느려지거나 혹은 불규칙해지는 것을 말한다. 부정맥은 아무런 사전 증상 없이 갑자기 찾아 오는 경우가 많다. 부정맥으로 병원을 방문하면 정상적인 심장 박동으로 되돌아와 정확한 진단이 어렵기도 하다. 이 때문에 부정맥을 예방하기 위해서는 지속적으로 심장 활동 및 이상 유무를 감지해야 하고, 질환 발생을 감지한 즉시 처치가 이뤄져야 한다. 이를 위해 최근에는 인공심장박동기와 삽입형 제세동기 같은 체내 삽입이 가능한 진단 및 치료장치가 개발돼 사용되고 있다. ■토끼 실험으로 성능 입증 연구진은 우선 반도체 트렌지스터로 심장이 수축·이완때 생기는 압력을 모니터링할 수 있는 압력센서를 만들었다. 이는 대표적인 심장 진단 방식인 심전도를 탈피했다. 이 센서는 심장 표면에 붙일 정도로 얇고 고해상도의 센서로 심장을 실시간 감지할 수 있다. 또한, 부정맥이 일어나면 심장에 전기 자극을 주기 위해 표면적이 넓은 나노구조의 전극을 만들어 추가했다. 여기에 센서와 전극을 심장 표면에 오랫동안 안정적으로 고정시키기 위해 젤리형태의 접착제로 심장 부착형 전자패치를 완성했다. 즉, 하나의 패치 장치로 심장의 압력 감지와 미세 전기 자극을 동시에 줄 수 있도록 만든 것이다. 연구진은 "특히, 반도체 기반의 압력센서는 몸속 내부나 외부의 전기 신호에 간섭을 받지 않는다"고 설명했다. 연구진은 부정맥 실험용 토끼의 심장 좌심실에 전자패치를 붙여 성능 테스트를 진행했다. 그결과 압력센서가 측정한 압력 분포 데이터로 심장의 수축과 이완이 불규칙해진 것을 알아냈다. 이와 동시에 나노 전극이 심장에 자동으로 전기 자극을 줘 심장 박동이 정상으로 돌아오게 만들었다. 또한, 홍합의 접착 능력을 모방해 개발한 하이드로젤 접착제가 전자패치를 감싸고 있어 10주 이상 안정적으로 붙어 있게 했다. 한편, IBS 나노의학연구단 박장웅 박사는 IBS 조승우 박사, 연세대 세브란스 병원 심장혈관외과 이삭 교수팀과 공동으로 연구를 진행해 얻은 결과를 국제학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 15일(한국시간) 온라인 발표했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

11일 경기도 안성산업단지에 위치한 코미코 대회의실. 코미코 이용수 기술연구소 본부장이 코미코의 기술 로드맵을 설명했다. 현재 반도체 제조 장비를 코팅하고 세정하는데 필요한 20여개가 넘는 기술 항목들이 나열돼 있다. 이중 산학연이 협력해 개발한 기술들이 눈에 띈다. 코미코 최용하 대표는 "연구단에서 이전받은 기술을 보완·완료해 내년부터는 반도체 기업과 함께 현장에 적용할 계획"이라고 말했다. 반도체 제조장비를 코팅하고 세정하는데는 다양한 기술이 사용된다. 최 대표는 "하나의 기술이 개발되면 100억원 정도의 시장이 열리게 된다"면서 "이런 기술들이 모여 1000억~2000억원의 매출을 거두게 된다"고 덧붙였다. 과학기술정보통신부는 '소부장'(소재, 부품, 장비) 국산화를 넘어 초격차 기술을 확보하기 위해 국가핵심소재연구단을 꾸려 연구개발(R&D)사업을 진행중이다. 이가운데 초미세 반도체공정 내플라즈마소재 연구단은 2020년부터 89억원을 투입해 플라즈마에 오래 견디는 반도체 제조장비의 부품과 소재를 개발하고 있다. ■기업에 기술이전 3건 연구단은 한국세라믹기술원 이성민 박사가 단장을 맡아 산학연 12개 기관을 총괄 지휘하고 있다. 한국세라믹기술원은 물리증착기술(PVD), 화학증착기술(CVD)에 기반해 플라즈마에 강한 소재 뿐만 아니라 장수명의 비정질 내플라즈마 소재를 개발한다. 여기에 한국재료연구원은 소결법에 기반한 복합소재를 개발하고 있고, 한국표준과학연구원은 반도체 제조공정에서 발생하는 오염입자 발생의 정량적 평가기술을 개발 중이다. 뿐만 아니라 개발 기술의 상용화를 위해 코미코, 아이원스, 미코세라믹스, 티씨케이, 세메스, 원익IPS 등이 함께 한다. 그 외에도 서울대, 고려대, 금오공대, 한국원자력연구원이 핵심 연구진으로 가세했다. 지난 3년 동안 연구단은 3건의 기술이전을 성공, 참여 기업에서는 양산화를 위한 준비가 한창이다. 현재 3년차로서 내년부터 기업이 주도적으로 참여하는 2단계 사업진입을 준비하고 있다. 1단계인 올해까지는 국가연구소와 대학을 중심으로 원천소재를 개발, 2단계인 2023~2024년에는 실제품 양산에 필요한 양산기술을 확보하는데 주력한다. ■코팅기술로 반도체 불량 차단 과거에는 반도체 속 트렌지스터가 1~2마이크로미터(1000분의 1~2㎜) 크기였던게 점점 작아지면서 이제는 10나노미터(10만분의 1㎜)까지 작아졌다. 그렇다보니 웨이퍼에 반도체를 만드는 공정에서 미세한 티끌 하나가 불량의 원인이 된다. 연구진이 개발하는 세라믹 코팅 기술과 소재는 반도체 장비의 부식을 최대한 막아 부품교체 주기를 늘려준다. 이성민 단장은 "반도체 제조장비 부품 하나만 수천만원에 달한다"며 "이 부품을 오래 재사용 할수록 원가절감으로 이어지게 된다"고 설명했다. 삼성전자는 세계 최대 규모로 메모리 반도체를 생산하면서 소모성 지출이 연간 2조원이 넘어 이를 줄일 방안에 대해 고심중이다. 이용수 본부장은 "우리가 코팅과 세정 작업을 최대 300회까지 해서 부품을 재사용할 수 있다"며 "반도체 기업은 새 장비나 부품을 사지 않아 원가절감이나 비용절감에 많은 효과를 보고 있다"고 말했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 스스로 결함을 메꿔 전류흐름을 월활하게 만드는 반도체 물질을 개발했다. 이 반도체 물질과 설계 기술은 수율, 수명 그리고 동작 특성 등을 획기적으로 개선할 수 있어 향후 과학 기술과 산업적 응용 가치가 높을 것으로 예상된다. 성균관대 차승남 교수는 원자두께의 평면 형태로 이뤄진 이황화 몰리브덴 기반 트렌지스터 부품을 만들어 성능을 크게 개선했다고 27일 밝혔다. 이 물질은 기존의 금속 대신 황화구리가 들어가 황 원자가 빠진 자리를 메워준다. 연구진이 이 물질로 만든 트랜지스터 부품을 테스트한 결과, 후면 게이트 구조에서 현재까지 보고된 가장 높은 전자이동도(~100㎠Vs)를 달성했다. 또한 소자의 높은 전자이동도 및 ON/OFF 비율 (>1억), 낮은 암전류(~10의 마이너스 13승) 특성을 활용한 광센서 응용에서 광 민감도를 획기적으로 높였다. 차승남 교수는 "새로 개발한 반도체 물질은 자가치유 특성과 매우 얇은 두께를 지녀 높은 광 투과성과 반복되는 기계적 변형에도 잘 견디는 유연한 특성을 가지고 있어 차세대 유연·투명 소자의 핵심 물질로 활용될 것"이라고 말했다. 2차원 반도체 물질은 유연성과 투명성 등으로 인해 차세대 반도체 소재로서 주목받고 있다. 하지만 원자 수준의 얇은 두께때문에 제작 공정에서 손상되기 쉽다. 특히 전극과 2차원 반도체가 만나는 경계면의 결함과 변칙성때문에 전자이동이 어려워 소자 특성이 크게 떨어질 수 있다. 연구진은 2차원 반도체 소재 결함의 자가치유 성능을 지니는 전극-반도체 소재 시스템을 주목했다. 2차원 이황화 몰리브덴은 대부분 황 원자가 빠져 문제가 발생한다. 황화구리 전극은 소재 안에 남아있는 황 원자를 2차원 이황화 몰리브덴 속에 빠진 황 원자 자리를 채워 결함을 치유한다. 이 결함의 치유는 2차원 반도체 소재 내의 전하 이동을 원활하게 해 소자 특성을 향상시킨다. 이번 성과는 차승남 교수팀이 한국화학연구원 장승훈 박사, 국민대 홍승현 교수와의 공동연구를 통해 소재 분야 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 표지 논문으로 발표됐다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

LG디스플레이가 필름이 필요 없는 디지털 엑스레이 검출기용(DXD) 산화물 박막트렌지스터(Oxide TFT)를 개발, 의료용 엑스레이 영상 시장에 진출한다고 23일 밝혔다. DXD용 TFT는 엑스레이 촬영 결과를 디지털 파일로 만들어 PC에 전송하는 역할을 하는 DXD의 핵심 부품이다. 회사 관계자는 "코로나19의 진단, 병의 진행 여부 및 심각도를 파악하기 위한 엑스레이 촬영 증가로 그 수요가 급증하고 있다"고 설명했다. 기존 DXD용 TFT는 비정질실리콘(a-Si)을 사용, 잔상 등 노이즈에 취약해 정확한 병의 진단을 위한 고화질 이미지 구현이 어렵고, 느린 전자이동도로 고속 동영상 촬영이 필요한 수술용 엑스레이 기기에 활용하기 어려운 한계가 있었다. 이번에 LG디스플레이가 세계 최초로 개발에 성공한 대면적 의료용 산화물 TFT는 기존 a-Si TFT 대비 100배 빠른 전자이동도 및 10배 낮은 노이즈 특성을 가져 고화질의 이미지 및 고속 동영상을 구현했다. seo1@fnnews.com 김서원 기자

[파이낸셜뉴스] LG디스플레이가 필름이 필요 없는 디지털 엑스레이 검출기용(DXD) 산화물 박막트렌지스터(Oxide TFT)를 개발, 의료용 엑스레이 영상 시장에 진출한다고 23일 밝혔다. DXD용 TFT는 엑스레이 촬영 결과를 디지털 파일로 만들어 PC에 전송하는 역할을 하는 DXD의 핵심 부품이다. 회사 관계자는 "코로나19의 진단, 병의 진행 여부 및 심각도를 파악하기 위한 엑스레이 촬영 증가로 그 수요가 급증하고 있다"고 설명했다. 기존 DXD용 TFT는 비정질실리콘(a-Si)을 사용, 잔상 등 노이즈에 취약해 정확한 병의 진단을 위한 고화질 이미지 구현이 어렵고, 느린 전자이동도로 고속 동영상 촬영이 필요한 수술용 엑스레이 기기에 활용하기 어려운 한계가 있었다. 이번에 LG디스플레이가 세계 최초로 개발에 성공한 대면적 의료용 산화물 TFT(43cm×43cm, 35cm×43cm)는 기존 a-Si TFT 대비 100배 빠른 전자이동도 및 10배 낮은 노이즈 특성을 가져 고화질의 이미지 및 고속 동영상을 구현했다.  진단 뿐만 아니라 수술용으로도 활용 가능하며 코로나 19 선별진료소 등 외부에서 많이 사용하는 저출력 사양의 모바일, 포터블 엑스레이 등에서도 탁월한 성능을 발휘할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 또 방사선 피폭량도 기존 대비 50% 이상 감소시켜 최근 이슈가 되고 있는 엑스레이 방사선 과다 노출 우려도 최소화했다. 회사는 이번 신제품을 글로벌 DXD 선두 기업 중 하나인 (주)디알텍사에 공급한데 이어 다양한 글로벌 DXD 업체들과 공급 계약을 체결하는 등 고부가가치의 의료용 엑스레이 영상 시장을 적극 공략할 방침이다. 글로벌 시장조사기관 옴디아에 따르면 의료용 DXD 시장은 2024년 25억 3000만달러(약 2조8000억원) 규모로, 2020년(19억5000만달러)보다 30% 커질 것으로 전망된다.  seo1@fnnews.com 김서원 기자