◇ 기계연, 차세대 2차원 반도체 공정 기술 개발…세계 최초

한국기계연구원(KIMM) 플라즈마연구실 김형우 박사와 성균관대 김태성 교수 공동연구팀은 ‘플라즈마 기반 반응성 이온 식각(RIE) 장비를 이용해 차세대 반도체 이황화 몰리브덴(MoS₂)의 4인치 대면적 원자층 식각 기술 개발에 성공했다고 22일 밝혔다.

MoS₂는 반도체 성능 지표인 on/off 비율이 기존 실리콘 대비 1000배 이상 높아 뛰어난 반도체 성능을 유지할 수 있다.

또 플라즈마 식각 공정 수행 시 반도체 표면에 불순물이 잔류하기 때문에 이를 제거하기 위한 추가 공정이 필요하다는 단점이 있다.

연구팀은 이런 문제를 밀도범함수이론(DFT, 양자역학을 근간으로 재료의 전자구조를 해석하기 위한 계산 방법론) 기반의 계산과학 스크리닝 시스템을 도입해 해결했다.

◇ KAIST, 광 반도체 소자 집적도 100배 높이는 기술 개발

한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 김상식 교수 연구팀이 광반도체 소자의 집적도를 100배 이상 높일 수 있는 새로운 광 결합 메커니즘을 발견했다고 19일 밝혔다.

하나의 칩당 구성할 수 있는 소자 수의 정도를 집적도라 한다. 이 집적도가 높을수록 많은 연산을 할 수 있고 공정 단가도 낮아진다.

하지만 광반도체 소자의 집적도를 높이기는 매우 어렵다. 빛의 파동성으로 인해 근접한 소자 사이에서 광자 간에 혼선이 발생해서다. 기존 연구에서는 특정 편광에서만 빛의 혼선을 줄여줄 수 있다고 나타났다.

이에 연구팀은 이번 연구에서 새로운 광 결합 메커니즘의 발견으로써 기존에는 불가능이라 여겨졌던 편광 조건에서도 집적도를 높이는 방법을 개발했다.

◇ 몸에 붙일 수 있는 유연한 AI 반도체 나왔다

김용훈 한국재료연구원 에너지전자재료연구실 선임연구원이 이끄는 연구진은 리튬 이온 박막을 활용해 고집적·고유연성의 차세대 뉴로모픽 반도체 소자를 개발했다고 19일 밝혔다.

웨어러블 장치는 최근 높은 활용도로 주목받고 있다. 그러나 부피와 무게가 제한돼 배터리와 연산 성능이 상대적으로 떨어진다는 한계는 여전히 극복하지 못하고 있다. 고성능의 AI 반도체를 사용하면 이런 문제를 해결할 수 있지만, AI 반도체 대부분은 단단한 실리콘 기판으로 만드는 만큼 유연성이 필요한 웨어러블 장치에는 활용하기 어려운 상황이다.

재료연 연구진은 유연한 기판으로 AI 반도체를 만드는 기술을 개발해 웨어러블 장치에 활용할 수 있게 했다. 연구진이 앞서 개발한 유연 기판인 컬러리스 폴리이미드 위에 리튬 이온을 얇게 까는 초박막 공정과 저온에서 합성한 2차원(2D) 나노소재를 활용했다.

◇ 반도체 2차전지...첨단기술 벤처 상장 쉬워진다

정부가 반도체, 2차전지 등 핵심 첨단기술을 보유한 우량기업의 특례상장 요건을 완화하는 등 특례상장제도 개선에 나선다.벤처투자 시장이 얼어붙은 상황에서 핵심기술 보유 중소·중견기업들이 자본시장에서 자금조달을 원활히 할 수 있게 지원한다는 취지에서다.

금융위원회는 금융감독원, 한국거래소, 중소벤처기업부, 산업부, 과학기술정보통신부 등 관계부처와 함께 태스크포스(TF)를 구성해 7월까지 이같은 내용을 담은 기술특례상장제도 운영 보완방안을 마련한다고 20일 밝혔다.

기술특례 상장제도란 혁신기업의 코스닥 상장을 지원하기 위해 도입된 제도다. 일반 기업은 상장을 위해 재무적 요건 등을 충족해야 한다. 그러나 기술특례상장은 복수의 전문평가기관 기술평가나 상장주선인(증권사)의 성장성 평가가 있는 경우 질적 요건을 중심으로 심사한다.

◇ '금속유리로 리튬 코팅'…배터리 충전 가능 횟수 2배

한국연구재단은 김석준 한국기술교육대 교수 연구팀이 금속유리를 이차전지의 집전체와 리튬 음극 표면에 코팅해 무음극 및 리튬메탈 이차전지의 수명을 향상하는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

금속유리란 금속을 녹인 후 녹는 점 이하로 급속하게 과 냉각하면 금속 원자들의 배열구조가 마치 유리처럼 무질서해지는 상태(비정질)의 합금을 말한다. 골프 헤드나 테니스 라켓, 휴대폰 케이스 등에 많이 사용한다. 전기차와 친환경 모빌리티 등 이차전지 수요가 크게 증가함에 따라, 현재, 가장 많이 사용하는 리튬이온 전지보다 용량이 크고 충전이 빠른 차세대 이차전지 필요성이 높아지고 있다. 특히 배터리의 에너지 밀도를 높이기 위해 부피와 무게를 많이 차지하는 음극재를 없애거나, 기존 음극재의 소재인 흑연을 리튬메탈 등으로 대체하는 기술 연구가 활발하다.

◇ 철강·석유화학·배터리 재사용·재활용…'CE 9 프로젝트' 시동

정부가 순환경제 활성화를 위해 철강·석유화학·배터리 등 주요 산업별로 '9대 순환경제 선도프로젝트'(CE 9 프로젝트)를 추진한다.

산업통상자원부와 환경부는 21일 오전 추경호 부총리 겸 기획재정부 장관이 주재한 비상경제장관회의에서 이 같은 내용을 골자로 한 '순환경제 활성화를 통한 산업 신성장 전략'을 공개했다. 

제품을 사용 후 폐기하는 기존 선형경제와 달리 순환경제는 자원을 지속해 순환시키는 경제체제다. ▲ 제품 생산 시엔 자원을 적게 사용하고 ▲ 사용한 자원은 오래 사용하며 ▲ 사용 후에는 자원을 재생하는 것이 순환경제의 핵심이다. 

정부가 'CE(Circular Economy·순환경제) 9 프로젝트'라고 이름 붙인 이번 신성장 전략에는 석유화학, 철강, 비철금속, 배터리, 전기전자, 섬유, 자동차, 기계, 시멘트 등 9개 업종이 포함됐다.

◇ 서강대 연구팀, 카이랄 나노입자 삼차원 구조 규명

서강대학교물리학과 김현정교수 연구팀은 카이랄 구조를 가지는 나노 입자에 대해 최초로 3차원으로 이미징하고 구조를 밝히는데 성공하였다.  

카이랄성은 거울에 비칠 때의 대칭성을 가지나 서로 겹치지 않는 특성으로 ‘거울상 이성질‘은 분자식은 같으나 원자배열이나 입체구조가 다른 것이다. 이러한 카이랄 나노 입자는 생체분자의 카이랄성을 그대로 가지며 금속표면과의 상호작용을 통해 만들어지는데, 복잡한 삼차원 구조를 가지고 있어서 이제까지 3차원 이미징 결과를 얻는데 어려움이 있었다.  

이번 연구에서는 결맞은 X-선을 활용하여 카이랄 나노입자의 삼차원 이미징과 가려진 결정면 및 스트레인 분포를 파악해 카이랄 나노입자의 생성과정의 원리를 규명하는 단초를 제공했다. 또한 이미징을 통해 얻어진 정보를 광학 시뮬레이션과 결합해, 카이랄 나노입자의 광학적 특징을 더욱 정확하게 예측하는 기법을 마련하였다.

◇ 더 싸고 밝은 필름 조명 기술 개발

대구경북과학기술원(DGIST·디지스트)은 전자정보시스템연구부·융합전공 최병대 박사 연구팀이 엠에스웨이 박종천 박사, 한국공학대학교 신소재공학과 이성의 교수 연구팀과 공동으로 실버 나노박막 전극을 이용해 섬아연석(황화아연) 분말 기반의 전계 발광 필름 소자의 효율을 대폭 개선했다고 20일 밝혔다.

디지스트 연구팀은 소자의 효율은 전계 발광 효율뿐만 아니라 발광체에 전류를 전달하는 전극 등에서 소실되는 전류가 크게 영향을 미친다는 사실에 착안했다. 이에 낮은 소자 효율을 개선하고자 낮은 전기저항을 갖는 실버 나노 박막을 발광체의 표면 전극으로 사용했다.

실버 나노 박막은 적층하는 방법에 따라 광 투과도는 기존의 투명전극과 동일한 수준을 유지하면서도 전기저항은 10분의 1 수준으로 낮출 수 있다. 최병대 박사 연구팀은 섬아연석 분말로 이뤄진 발광층 양면에 실버 나노 박막 전극 필름을 적층해 저항에 의한 에너지 손실을 최소화했다.

◇ 생활제품 속 유해물질 잡아 내는 신개념 촉매 개발

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 소재분석연구부 김해진·심규빈 박사 연구팀이 새로운 전구체 합성을 통해 망간 기반의 배위 고분자 물질을 개발하고, 열처리 과정을 통해 생산된 탄소복합소재를 촉매로 사용해 인체 유해물질인 BPA와 과산화수소(H2O2)의 극미량 검출에 성공했다고 19일 밝혔다. 

이번에 개발한 촉매는 값싸고 풍부한 망간(Mn) 기반의 질소, 황이 도핑된 탄소체를 활용해 폐놀계 화합물 및 H2O2 검출의 상용화 가능성을 높였다. BPA는 물론, 체내 유해 활성산소종인 H2O2도 극미량 검출이 가능해 실시간 환경센서, 법과학 시료, 음용수, 화학물질 취급 산업 현장 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다. 

BPA는 천연 호르몬과 구조적으로 유사해 내분비계를 교란하는 대표 물질로, 나노그램 수준의 적은 양에도 인체 건강에 심각한 영향을 줄 수 있다. H2O2는 다양한 효소 반응에 의해 생성되는 산소 화합물로, 산화력이 강해 세포를 손상시키고 면역력을 낮춰 당뇨병, 암 등을 유발한다.